郭琦琳，陶亮宇，馬哲樹(shù)，顧永明，王鈺婷

（南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

隨著鋰離子電池技術(shù)的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車顯著改變了汽車工業(yè)[1]。然而，電動(dòng)汽車的火災(zāi)越來(lái)越頻繁。汽車電池包的熱失控是導(dǎo)致火災(zāi)事故的重要原因[2-3]，當(dāng)發(fā)生過(guò)熱、過(guò)充放電、刺破、擠壓、碰撞等情況，就可能導(dǎo)致電池包的熱失控[4]。該類型火災(zāi)燃燒速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、溫度高并釋放大量有毒有害煙霧[5-6]，造成了極大的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

為探究電動(dòng)汽車整車燃燒火災(zāi)特性，學(xué)者們開(kāi)展了大量研究。Cui等[6]以動(dòng)力電池組為起火源，研究了插電式混合動(dòng)力轎車和SUV底盤的火焰蔓延規(guī)律。同時(shí)，對(duì)兩個(gè)平行放置的電動(dòng)汽車的火災(zāi)演化過(guò)程和特性進(jìn)行探究，確定了噴射火的長(zhǎng)度和持續(xù)時(shí)間的最大值，提出了量化火災(zāi)演化速率的實(shí)用方法[7]。王杰等[8]搭建了全尺寸地下車庫(kù)電動(dòng)汽車火災(zāi)試驗(yàn)平臺(tái)，探究電動(dòng)汽車熱失控發(fā)展過(guò)程的不同特點(diǎn)。Hynynen 等[9]對(duì)傳統(tǒng)燃油轎車及電動(dòng)轎車燃燒時(shí)的熱釋放速率及釋放的有毒氣體進(jìn)行了對(duì)比。朱難難等[10]開(kāi)展全尺寸電動(dòng)轎車整車燃燒試驗(yàn)，探究電池包產(chǎn)生的噴射火及溫度與輻射熱流曲線變化規(guī)律。由于整車火災(zāi)實(shí)驗(yàn)構(gòu)造困難、成本較高且危險(xiǎn)性較大，火災(zāi)模擬軟件被應(yīng)用于車輛火災(zāi)的研究中，為大尺寸火災(zāi)數(shù)值模擬探索了新的途徑。Brzezinska等[11]使用FDS軟件對(duì)停車場(chǎng)場(chǎng)景中電動(dòng)汽車火災(zāi)期間的煙霧擴(kuò)散和溫度分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。Dorsz等[12]使用CFD模擬對(duì)電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)乘用車的火災(zāi)特性進(jìn)行比較，并估算了地下車庫(kù)或公路隧道等封閉結(jié)構(gòu)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)安全的影響。此外，一些電動(dòng)汽車的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)通過(guò)進(jìn)行電池模組或電池系統(tǒng)等熱失控及煙氣研究進(jìn)行了外推[13-15]。

基于以上研究，火災(zāi)數(shù)值模擬對(duì)汽車火災(zāi)模擬是有效和科學(xué)的。熱釋放速率峰值和總熱釋放量受火災(zāi)場(chǎng)景和車型的影響顯著[6]，目前大多數(shù)整車研究都是基于轎車，對(duì)SUV 電動(dòng)汽車研究較少，同時(shí)研究集中在電池模組/電池包的燃燒特性分析上，忽視了其他車內(nèi)可燃物對(duì)熱傳遞的影響。因此，本工作選取某SUV 純電動(dòng)汽車進(jìn)行整車火災(zāi)數(shù)值模擬及火災(zāi)事故的理論復(fù)現(xiàn)，通過(guò)分析仿真結(jié)果，探究整車火災(zāi)的燃燒特性，為整車火災(zāi)數(shù)值模擬和乘車人員安全提供參考。

1 火災(zāi)數(shù)值模擬

1.1 火災(zāi)數(shù)值模擬

本工作基于大渦模擬方法，將研究的空間劃分成若干個(gè)假設(shè)物理參數(shù)相同的控制單元。公式(1)～(5)為描述火災(zāi)過(guò)程流動(dòng)、傳熱和燃燒化學(xué)等現(xiàn)象的偏微分方程組，與實(shí)際火災(zāi)問(wèn)題的邊界條件和初始條件相結(jié)合，進(jìn)而借助CFD 方法求解所得的就是特定火災(zāi)問(wèn)題的特解。

式中，ρ為氣體密度；V為速度矢量，V=(u,v,w)；t為仿真時(shí)間。

式中，p為壓力；g為重力加速度；τ為黏性應(yīng)力張量。

式中，h為比焓；q?'''為體積熱源；q為輻射熱通量矢量；Φ為耗散函數(shù)。

式中，Yi為組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Di為組分i的擴(kuò)散系數(shù)；m?i'''為單位體積內(nèi)組分的生成率或消散率。

式中，T為氣體溫度；R為通用氣體常數(shù)，R=8.314 J/(mol?K)；M為氣體分子量，kg/mol；Mi為組分i的分子量。

1.2 定義邊界條件

本工作模擬中，定義初始環(huán)境溫度為20 ℃作為第三類邊界條件。屬性為OPEN，熱量能在模型內(nèi)部與環(huán)境空氣之間進(jìn)行傳遞以適應(yīng)電動(dòng)汽車實(shí)際火災(zāi)情況。

1.3 網(wǎng)格劃分

采用數(shù)值方法求解控制方程時(shí)，需將控制方程在空間區(qū)域上進(jìn)行離散，然后求解得到離散方程組。要想在空間域上離散控制方程，必須使用網(wǎng)格。特征火焰直徑D*采用下式計(jì)算：

式中，Q為火源熱釋放速率；g為重力加速度，取g=9.81 m/s2；ρ∞為空氣密度，取ρ∞=1.2 kg/m3;T∞為環(huán)境空氣溫度，取T∞=293 K；cp為空氣比熱容，溫度為293 K時(shí)對(duì)應(yīng)的cp為1016 J/(kg?K)。

1.4 燃燒模型

燃燒模型一般分為混合控制燃燒模型和有限燃燒控制模型?；旌戏?jǐn)?shù)模型需要指定一個(gè)單一等效燃燒物(由C、H、O、N元素構(gòu)成)與氧氣發(fā)生氣相反應(yīng)生成CO2、H2O、CO 和煙塵，但此方法需要明確可燃物等效燃燒物的各原子數(shù)量比，并給定各個(gè)產(chǎn)物的產(chǎn)出率。而有限燃燒控制模型是通過(guò)直接定義等效燃燒物的單位面積熱釋放速率和熱參數(shù)，系統(tǒng)直接根據(jù)具體物體表面的幾何信息得出相應(yīng)的燃燒模型，適用于電池包與整車火災(zāi)模擬這種反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜的燃燒模擬。

2 整車火災(zāi)模型的建立

2.1 火災(zāi)案例選取

2.1.1 案例選取依據(jù)

導(dǎo)致動(dòng)力電池發(fā)生火災(zāi)并引發(fā)熱失控的原因包括機(jī)械濫用(如由針刺或擠壓引起的分離器變形和斷裂[16])、電濫用(如隔膜可被樹(shù)枝晶刺穿)、熱濫用(極端高溫導(dǎo)致具有大量ISC 的分離器收縮和坍塌)及外部因素。內(nèi)部短路是所有濫用條件中最常見(jiàn)的特征[17]，幾乎所有的濫用條件都伴隨著內(nèi)部短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(BMS)良好的條件下，熱濫用情況發(fā)生較少，而汽車在發(fā)生碰撞時(shí)，可能造成車輛動(dòng)力系統(tǒng)不同程度的三種濫用并引發(fā)熱失控[18]。因此，本工作選取由碰撞導(dǎo)致動(dòng)力電池內(nèi)部短路引發(fā)的純電動(dòng)SUV整車火災(zāi)案例作為研究。

2.1.2 火災(zāi)案例

某純電動(dòng)SUV 汽車在維修點(diǎn)進(jìn)行前擋風(fēng)玻璃更換和前保險(xiǎn)杠維修，靜置時(shí)發(fā)生自燃。該車在送修前發(fā)生了底盤托底，動(dòng)力電池包左后部外殼與冷卻板大面積變形，進(jìn)而導(dǎo)致變形部位的冷卻板失效。但由于此次撞擊沒(méi)有刺穿電池包底板，冷卻液泄漏和電池絕緣降低的情況未被檢測(cè)出，電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的變形擠壓造成電池短路，最終引發(fā)火情。起火時(shí)首先產(chǎn)生一段時(shí)間的白色煙氣，隨后煙氣顏色變成黑色，火焰由底盤向周圍噴出并引燃駕駛室內(nèi)可燃物，最終車輛前部燒毀嚴(yán)重，而車輛后部尤其是后輪，其損毀程度遠(yuǎn)不及前輪。

2.2 仿真模型參數(shù)及搭建

2.2.1 整車模型

為了盡可能貼近實(shí)車情況，在模型方面參考SUV 白車身CAD，如圖1 所示，簡(jiǎn)化相關(guān)部件以適應(yīng)仿真軟件的需要，簡(jiǎn)化模型如圖2所示。整車車身尺寸為5022 mm×1962 mm×1756 mm，由于實(shí)際火災(zāi)伴隨多種可燃物燃燒，為了可能貼近實(shí)際，車內(nèi)可燃物由多種材料定義，主要可燃物為動(dòng)力電池、座椅、門板內(nèi)飾、輪胎等，整車模型所搭載的電池包為方形硬殼三元鋰電池，外形尺寸為149 mm×40 mm×98 mm。電池包由32 塊電池模組，192塊電芯經(jīng)過(guò)串并聯(lián)而成。

圖1 SUV 整車白車身模型Fig.1 SUV body in white model

圖2 SUV 簡(jiǎn)化模型Fig.2 SUV simplified model

鋰離子電池單體由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔離膜、集流體、外殼等構(gòu)成，不同材料成分和燃燒特性復(fù)雜，因此電池部分僅選取其主要成分——電解質(zhì)作為電池燃燒的等效替代燃燒物。各材料參數(shù)如表1所示。

表1 主要可燃物及其參數(shù)Table 1 Main combustibles and their parameters

2.2.2 網(wǎng)格劃分

建立六組密度不同的網(wǎng)格以兼顧仿真精確程度和運(yùn)算消耗時(shí)間。在Mesh1 中，考慮到包括電池在內(nèi)的大部分可燃物的燃燒發(fā)生在車身中部，燃燒過(guò)程復(fù)雜，網(wǎng)格精度設(shè)定為通過(guò)公式(6)計(jì)算得到的最小網(wǎng)格尺寸，為0.05 m；在Mesh2 與Mesh3中，這兩部分空間主要覆蓋車身的前、后動(dòng)力艙，其中設(shè)定的可燃物較為單一，燃燒工況相對(duì)簡(jiǎn)單，且這兩部分區(qū)域著重考察溫度擴(kuò)散和煙氣擴(kuò)散的情況，出于簡(jiǎn)化計(jì)算的考慮，將其精度減半為0.1 m；Mesh4、Mesh5 及Mesh6 只覆蓋車身上方的空氣空間，僅考察整車失火時(shí)的煙氣蔓延的情況，網(wǎng)格內(nèi)無(wú)可燃物設(shè)置，因此網(wǎng)格劃分密度最低，劃分精度只為Mesh1的四分之一，為0.2 m。

2.2.3 點(diǎn)火源與整車模型建立

一塊單位面積熱釋放速率為1535.82 kW/m2的單體電池[21]點(diǎn)燃了SUV汽車電池包并將火災(zāi)蔓延至整車。對(duì)電池單體進(jìn)行數(shù)值模擬，其熱釋放速率與實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3所示，結(jié)果表明，所采用的鋰離子電池單體模型是有效的，可用于下一步整車火災(zāi)模擬。

圖3 電池單體燃燒HRR對(duì)比圖Fig.3 Comparison of combustion HRR of battery cells

通過(guò)以上各項(xiàng)參數(shù)可以重建該車輛的模型。整車模型搭建過(guò)程如圖4所示，其中紅色塊電池模組為火源位置。包含網(wǎng)格劃分的整車模型如圖5所示。

圖4 電池包與整車模型匹配過(guò)程Fig.4 Battery pack and vehicle model matching process

圖5 包含網(wǎng)格劃分的整車模型Fig.5 Complete vehicle model with mesh division

2.3 輸出參數(shù)觀測(cè)設(shè)備

溫度觀測(cè)設(shè)備能準(zhǔn)確清晰地體現(xiàn)出整車火災(zāi)中各部位的溫度分布。為掌握整車火災(zāi)數(shù)值模擬的情況，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共安裝了5個(gè)熱電偶裝置以及控制車窗破碎的2個(gè)熱感裝置，其具體位置如表2所示。分別在車廂及前動(dòng)力艙和車廂及后動(dòng)力艙中間設(shè)置2D 切片，利用Smokeview 直觀展現(xiàn)車內(nèi)火災(zāi)的動(dòng)態(tài)分布；設(shè)置一個(gè)X=0 的YZ的平面溫度切片，用以比較車內(nèi)不同位置的溫度差異和不同時(shí)間段的火災(zāi)蔓延情況。

表2 溫度觀測(cè)設(shè)備位置坐標(biāo)Table 2 Temperature observation equipment location coordinates

3 結(jié)果與分析

3.1 整車燃燒進(jìn)程分析

火災(zāi)的熱釋放速率是描述火災(zāi)規(guī)模的重要參數(shù)之一[22]。SUV整車燃燒仿真產(chǎn)生的熱釋放速率曲線如圖6所示，其峰值熱釋放速率為5100 kW，屬于電動(dòng)汽車熱釋放速率峰值范圍4200～6900 kW[1]。

圖6 整車燃燒仿真HRR隨時(shí)間變化圖Fig.6 HRR diagram of vehicle combustion simulation over time

數(shù)值模擬生成的不同階段整車火焰、煙氣與實(shí)際情況對(duì)比如圖7所示，由于前兩個(gè)階段煙氣差別不大，因此為更直觀地觀測(cè)火焰蔓延情況，前兩個(gè)階段隱藏?zé)煔庑Ч?，只展示火焰效果。?duì)比發(fā)現(xiàn)，本研究采用的模型和方法能較為真實(shí)地反映實(shí)際火災(zāi)燃燒情況，且火焰蔓延方向大概為車前部—車中部—車后部。

圖7 整車燃燒仿真示意圖與實(shí)車對(duì)比Fig.7 Simulation diagram of vehicle combustion compared with real vehicle

結(jié)合圖6 和圖7 變化可以分析出，此次仿真結(jié)果呈現(xiàn)出三個(gè)階段：

第一階段(HRR 0～60 s)電池包內(nèi)熱擴(kuò)散。當(dāng)單個(gè)電芯發(fā)生熱失控后，聚集的熱量會(huì)迅速使周圍電池包發(fā)生熱失控，電池包局部起火加劇，火焰從裂紋中冒出。約10 s后，電池包內(nèi)部起火加劇，電池包產(chǎn)生明火。由于受到電池包的結(jié)構(gòu)限制，此時(shí)的熱量不能有效地向上傳播，燃燒伴隨的大量煙氣經(jīng)過(guò)車內(nèi)動(dòng)力艙從車輪處向外排出，隨著電池包內(nèi)的溫度進(jìn)一步升高，加速了整個(gè)電池包熱失控的傳播并緩慢向上蔓延，第35 s 時(shí)，汽車前部有火苗躥出。

第二階段(HRR 60～120 s)車廂內(nèi)可燃物燃燒。當(dāng)電池包熱失控傳播到外圍電池進(jìn)一步引發(fā)了熱失控時(shí)，其火焰與熱量將會(huì)把車廂地板、車門內(nèi)覆蓋件等可燃物點(diǎn)燃，從而引發(fā)車廂內(nèi)可燃物的燃燒，觀察發(fā)現(xiàn)，相比于車廂底部，火焰通過(guò)車頂?shù)膫鞑ニ俣雀?。煙氣積聚在整車模型頂部，并緩慢覆蓋整車，阻礙了火災(zāi)的觀測(cè)，但車輛后動(dòng)力艙的火焰十分顯著。在70 s時(shí)，由于持續(xù)高溫烘烤，玻璃溫度升高，汽車車窗被高溫震碎，煙霧冒出窗外，同時(shí)大量外界空氣進(jìn)入車廂參與并加劇車內(nèi)可燃物的燃燒。

第三階段(HRR 120～150 s)整車全面燃燒。隨著車廂內(nèi)的可燃物被點(diǎn)著，火災(zāi)進(jìn)一步向動(dòng)力艙蔓延。由于此次仿真中未對(duì)動(dòng)力艙的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以動(dòng)力艙空間內(nèi)的含氧量充足，動(dòng)力艙內(nèi)燃燒更加充分且劇烈。

3.2 整車燃燒進(jìn)程火焰?zhèn)鞑シ治?/h3>

圖8所示為不同時(shí)間段火焰及煙氣的狀態(tài)，用于精準(zhǔn)分析火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)。電芯著火后，由于熱失控現(xiàn)象，在5 s 內(nèi)產(chǎn)生明火，小范圍的電池燃燒經(jīng)過(guò)30 s左右轉(zhuǎn)化為電池包的大范圍燃燒并伴隨大量的黑煙冒出。經(jīng)過(guò)火焰的向上傳播，第90 s，火焰從前左右側(cè)車輪、引擎蓋的縫隙及破碎的車窗中冒出，汽車前部幾乎被火焰覆蓋?？諝膺M(jìn)一步加速了燃燒過(guò)程，之后火焰向后方蔓延直至整車燃燒。由此可見(jiàn)，由于起火電池位于動(dòng)力電池包左上部位(底盤前部)，電池包起火后的熱傳播向前蔓延的速度大于向后蔓延的速度，此結(jié)論也在溫度切片中得到了體現(xiàn)，火災(zāi)不同階段車輛前部、中部及后部溫度切片如圖9所示。由于電池模組為點(diǎn)火源，周圍溫度最高，前兩個(gè)階段汽車后部的溫度還不足400 ℃，隨著燃燒的加劇后部溫度才逐漸升高，而汽車前部分的溫度在一開(kāi)始就到達(dá)了400 ℃左右，明顯高于汽車后部的溫度，但汽車后部在火災(zāi)后期溫度切片所顯示的色塊對(duì)應(yīng)溫度顯著升高?？偟膩?lái)說(shuō)，整車燒損存在底部重、兩頭重、中間輕的情況，這與實(shí)際案例情況相符(滅火后汽車前部損毀程度略大于后部)。

圖8 不同時(shí)間段火焰及煙氣的狀態(tài)Fig.8 State of flame and smoke at different time periods

圖9 不同階段Y方向溫度切片示意圖Fig.9 Diagram of temperature slices in Y direction at different stages

圖10所示為4個(gè)經(jīng)典位置的溫度變化情況，這些溫度的分布規(guī)律與SUV 整車火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的溫度分布吻合[6]，對(duì)這些溫度變化進(jìn)行如下分析。

圖10 車輛不同區(qū)域內(nèi)溫度變化圖Fig.10 Temperature variations in different areas of the vehicle

（1）電池溫度變化。在0～40 s 內(nèi)，點(diǎn)火后溫度迅速升高，電池包的內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)熱失控傳播，但此時(shí)溫度趨勢(shì)是不連續(xù)且發(fā)生波動(dòng)的，這是由于裂縫中出現(xiàn)了火焰。此時(shí)電芯組處于陰燃狀態(tài)，燃燒溫度在400～500℃范圍。隨后在40～50 s 之間，所測(cè)電芯組進(jìn)一步轉(zhuǎn)為爆燃狀態(tài)，溫度圖像急劇上升，燃燒溫度迅速達(dá)到900℃。然后，在50～70 s之間，測(cè)溫點(diǎn)所檢測(cè)的電芯組以及其附近的電芯組逐漸平息，溫度開(kāi)始下降。最后，在70～150 s 內(nèi)，持續(xù)的高溫使得車窗玻璃破裂，外界氣體涌入車內(nèi)，車內(nèi)可燃物開(kāi)始燃燒，所測(cè)點(diǎn)的溫度略微上升，并最終穩(wěn)定在700～800 ℃。

（2）車廂溫度變化。0～70 s 之間，由于底盤電池?zé)崾Э氐臏囟葌鲗?dǎo)，車內(nèi)溫度逐漸上升。接著，在70～110 s 之間，隨著車窗玻璃的破裂和外界氣體進(jìn)入車廂，車內(nèi)可燃物開(kāi)始燃燒，此階段也成為回燃階段，所測(cè)溫度急劇上升，最終達(dá)到約800 ℃。然后，在110～120 s 內(nèi)，前排測(cè)點(diǎn)附近的可燃物被燃燒殆盡，溫度下降至300 ℃左右，同時(shí)車內(nèi)火焰開(kāi)始蔓延到后排。最后，在120～150 s之間，后排可燃物陸續(xù)燃燒，車內(nèi)溫度再次上升。

（3）動(dòng)力艙溫度變化。由于熱失控觸發(fā)位置靠近車身前部，整體車輛火災(zāi)蔓延呈現(xiàn)由前至后的趨勢(shì)。對(duì)于前部動(dòng)力艙，0～80 s 之間，受底盤電池?zé)崾Э氐挠绊?，火焰從電池包上方的間隙蔓延，動(dòng)力艙內(nèi)的溫度趨勢(shì)與電池包前部燃燒烈度趨勢(shì)一致。在此期間，高溫使得動(dòng)力艙內(nèi)的電氣設(shè)備和管線被引燃，溫度甚至達(dá)到650 ℃。然后，在80～150 s內(nèi)，隨著電池包前部電芯組的燃燒逐漸平息，火焰和熱量減少，動(dòng)力艙內(nèi)的溫度逐漸下降。對(duì)于后部動(dòng)力艙，0～150 s 內(nèi)，檢測(cè)點(diǎn)溫度持續(xù)上升；在130 s 后，后部動(dòng)力艙的溫度超過(guò)前部，上升速率進(jìn)一步加快。對(duì)比前后動(dòng)力艙溫度與車廂溫度，0～65 s 內(nèi)，動(dòng)力艙溫度一直高于車廂內(nèi)溫度，火焰向動(dòng)力艙蔓延速度快于向車廂蔓延速度。

3.3 駕駛艙煙霧分析

圖11 所示為駕駛員位置的感煙探測(cè)器檢測(cè)到的煙氣濃度變化曲線，根據(jù)圖像，大約在火災(zāi)發(fā)生后的15 s，煙氣開(kāi)始進(jìn)入乘員艙，短短5 s 內(nèi)，煙氣濃度就達(dá)到了60%，整個(gè)乘員艙在25 s 左右就被煙氣完全覆蓋。

圖11 駕駛員位置煙感濃度曲線圖Fig.11 Smoke concentration curve for driver position

結(jié)合前文分析，隨著電池?zé)崾Э爻潭鹊臄U(kuò)大，大量煙氣會(huì)通過(guò)車身的空隙、底板工藝孔或通孔進(jìn)入乘員艙。當(dāng)火災(zāi)達(dá)到40 s 時(shí)，車窗玻璃尚未破裂，此時(shí)乘員艙仍處于封閉狀態(tài)。這對(duì)于車內(nèi)乘員的逃生非常不利。盡管在70 s 時(shí)，車窗玻璃爆裂，但由于更多氧氣進(jìn)入車廂，車內(nèi)可燃物的燃燒加劇，導(dǎo)致車廂內(nèi)煙氣濃度繼續(xù)上升?；馂?zāi)剛發(fā)生時(shí)，由于地板總成結(jié)構(gòu)的原因，煙氣不會(huì)立即蔓延至車艙，一旦當(dāng)煙氣通過(guò)縫隙進(jìn)入車艙蔓延，其擴(kuò)散可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到危險(xiǎn)濃度。這些分析結(jié)果強(qiáng)調(diào)了電池?zé)崾Э貢r(shí)的安全隱患。火災(zāi)蔓延導(dǎo)致煙氣在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入乘員艙，不僅妨礙了乘員的視線和呼吸，還可能造成逃生困難。因此，要避免此類事件發(fā)生，乘車人員應(yīng)在火災(zāi)發(fā)生的第一時(shí)間棄車。

4 結(jié) 論

本工作基于現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際SUV 電動(dòng)汽車火災(zāi)案例和數(shù)據(jù)開(kāi)展數(shù)值模擬研究，構(gòu)建了電池及整車火災(zāi)模型，對(duì)整車燃燒進(jìn)程、火焰?zhèn)鞑?、熱釋放速率、車?nèi)不同位置溫度變化以及駕駛員位置煙霧進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明：

（1）由電池包引發(fā)的整車火災(zāi)蔓延呈現(xiàn)明顯的階段分化，分為電池包內(nèi)熱擴(kuò)散、車廂內(nèi)可燃物燃燒及整車全面燃燒三個(gè)階段。70 s之前，火焰依賴電池包的熱失控及車內(nèi)可燃物進(jìn)行燃燒與熱傳遞，70 s之后，由于持續(xù)高溫烘烤，汽車車窗被高溫震碎，大量外界空氣進(jìn)入車廂參與并加劇車內(nèi)可燃物的燃燒。

（2）在本工作模擬中，火焰蔓延方向是電池包底盤—前動(dòng)力艙—后動(dòng)力艙—整車，電池、車廂、前動(dòng)力艙及后動(dòng)力艙在燃燒中達(dá)到的最高溫度分別為900 ℃、830 ℃、650 ℃及400 ℃。

（3）電池燃燒伴隨的煙氣會(huì)在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)車身空隙進(jìn)入車廂，乘員艙內(nèi)煙霧濃度迅速升高，在40 s內(nèi)覆蓋率達(dá)到100%，危害乘員生命安全。

綜上所述，此次仿真有效反映了由動(dòng)力電池?zé)崾Э匾l(fā)的SUV 整車火災(zāi)真實(shí)情況，有助于深入認(rèn)識(shí)電動(dòng)汽車熱危險(xiǎn)性，為人員逃生及消防提供參考。