摘要
伴随着我国政府“双碳”目标的提出，电动化成为了交通运输行业发展的大趋势。随着城市电动公交车保有量的剧增，其安全风险也逐渐显现。车载锂电池包在滥用条件下失控起火，火灾蔓延概率大，扑救困难，阻碍了电动化的发展进程。通过实体火灾实验与数值模拟相结合的方式，对电动公交车火灾的发展蔓延过程以及传播风险进行了探究，为电动公交车结构设计以及公交场站防火设计提供参考。 首先开展了100Ah磷酸铁锂电芯、10kW·h电池包的热失控特性探究实验。通过电加热的方式诱发锂电池热失控，结果显示，磷酸铁锂电芯喷射火的温度超过1300℃，与火焰直接接触的辐射热流值达到了30.9kW/m2。且在热失控过程中会出现离焰、脱火等不稳定的燃烧现象。另外，由局部电加热引起的电池包热失控呈现出间歇性喷射火的燃烧现象。 搭建了电动公交车尾部简化模型，并开展电池包燃烧实验，对电池舱内部电池包燃烧特性以及电池包火焰的蔓延途径展开了研究。研究发现，电池包火灾由电池舱蔓延至乘客舱内部有2种途径，一种是电池包外窜火焰通过烧破车窗玻璃，点燃乘客舱内饰材料，进而蔓延进入车辆内部。另一种是通过破坏电池舱的铝质顶板结构，沿公交车地板缺口蔓延至乘客舱内部。另外，对电加热和过充两种诱发锂电池包热失控的方式进行了对比，结果表明，过充导致的电池包火灾更稳定、危险性更大，因此采用过充的方式作为公交车全尺寸火灾实验的点火方式。 在预先搭建的车库模型内部开展了全尺寸电动公交车火灾实验，以过充的方式引燃车辆尾部电池舱的2块车载动力电池包，并最终引发了整车火灾。乘客舱火灾是由电池包火焰引燃车辆顶板所导致的，电池舱顶板虽然也在高温作用下遭到破坏，但其破坏时间处于公交车火势扩大之后。因此，车辆侧窗是电池包火焰向内部蔓延的主要途径。车辆火灾发展速度极快，从电池包热失控发展至整车火灾仅经历了22分钟。场站内部的电动公交车火灾蔓延风险大，位于车辆周围1m处的热电偶及辐射热流计记录了火灾对旁侧车辆可能产生的影响：旁侧车辆窗户高度处的最高温度达到了685℃，最大辐射热流值达到了84kW/m2，有可能导致旁侧车辆车窗破碎，并引燃车辆内饰材料。 通过总结已开展的锂电池燃烧测试结果，拟合出了锂电池火灾最大热释放速率及总热释放热量与电池电量的关系式，并据此绘制了电池包火灾的热释放速率变化曲线，提出了一种锂电池包火灾的模拟方法。结合车辆内饰材料燃烧特性的调研结果，基于FDS火灾模拟软件，开展了由电池包热失控导致的电动公交车火灾的数值模拟。模拟结果显示，车辆火灾的最大热释放速率达到了10.2MW，火灾荷载为421.7MJ/m2。将火灾蔓延过程、车辆内部温度分布与实验结果进行对比，结果显示，两组数据的吻合度较高，验证了实验结果的准确性。
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