【摘 要】
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近年来,低排放、低污染、可持续发展的环境友好型新能源成为人们的普遍诉求,新能源汽车得到快速发展,然而电动汽车起火爆炸事故时有发生,仅2020年我国就出现了124起电动汽车烧车事件,严重制约了新能源汽车的普及和发展。其中电池热失控释放气体的燃烧是导致电动汽车着火的关键因素。为了探索电动汽车着火抑制技术,本文以探究电池热释放气体的可燃极限边界为目标,系统地研究了电池热释放气体在不同初始条件以及惰性气体
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近年来,低排放、低污染、可持续发展的环境友好型新能源成为人们的普遍诉求,新能源汽车得到快速发展,然而电动汽车起火爆炸事故时有发生,仅2020年我国就出现了124起电动汽车烧车事件,严重制约了新能源汽车的普及和发展。其中电池热失控释放气体的燃烧是导致电动汽车着火的关键因素。为了探索电动汽车着火抑制技术,本文以探究电池热释放气体的可燃极限边界为目标,系统地研究了电池热释放气体在不同初始条件以及惰性气体稀释时的可燃极限。从而为新能源汽车火灾安全预防以及灭火措施等方面提供参考依据。首先,本文以Chemkin软件包中的PREMIX程序为基础,通过添加光学薄模型及统计窄带模型研究CO2、H2O和CO的辐射热损失对可燃极限的影响,使用单点温度控制法来求解贫燃及富燃处的可燃极限值,搭建了可以准确预测多组分电池热释放气体可燃极限的仿真计算模型。其次,系统的研究了初始温度、压力变化时,热释放气的可燃极限变化规律,并对可燃极限处燃料的氧化过程开展了化学反应动力学分析。研究表明贫燃极限随初始温度的升高线性降低,富燃极限随初始温度的升高线性增加。随着初始压力的增加,贫燃及富燃极限均增大,且增大的趋势变缓。提出了可燃极限值与初始温度和压力之间的多项式拟合公式。同时明确了影响可燃极限的关键基元反应以及主要的自由基离子。最后,研究了不同惰性气体（CO2、H2O和N2）对不同正极材料锂离子电池（NCA、LCO、LFP）的热释放气体可燃极限的影响。研究发现添加CO2能够显著减小气体的可燃区域,惰化效果最好,其次为H2O,N2的惰化能力较弱。对于三种锂离子电池来说,NCA和LCO电池热释放气体最难被惰化,LFP电池最容易被惰化,并找到了热释放气达到完全惰化点时惰性气体的添加量。研究发现当惰性气体含量超过一定值时,L-C公式计算的贫燃极限的偏差逐渐增大。同时,量化了添加CO2和H2O对可燃极限在热效应、三体化学反应和直接化学反应等方面的影响权重。发现当稀释气体为CO2时,热效应是影响可燃极限的主要因素,特别是对于富燃极限,影响程度占比高达95%左右。而通过直接化学反应产生的影响几乎可以忽略不计,完全由三体反应造成。当稀释气体为H2O时,化学反应对贫燃极限的影响大于热效应产生的影响,化学反应中三体反应产生的影响较大;富燃极限时热效应占主导地位,化学反应中三体反应和直接化学反应作用效果相当。
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