航空锂电池热失控燃爆火焰抑制阻火单元研究

杨娟1，2，赵昊宇3，牛江昊3，李文静3，王鹤然3，张青松2，3，解江2，4（1．中国民航大学 工程技术训练中心；2．中国民航大学 天津市航空装备安全性与适航技术创新中心；3．中国民航大学 安全科学与工程学院；4．中国民航大学 科技创新研究院）

摘要：航空锂电池系统热失控产生的燃爆火焰对机上周围设备、线路和结构的高温热冲击危害极大。构建波纹型阻火单元及其前后5 cm 流体域的仿真模型，通过分析热失控过程中温度和压力流通特性可知，阻火单元芯体孔高越大越有利于减少电池燃爆舱内部压力积聚，芯体孔高越小更利于热量吸收和限制热量逸出，厚度越大则对火焰的抑制和控制流体流动效果更显著。搭建锂电池热失控火焰抑制专用测试平台，通过实验对比不同结构参数阻火单元对锂电池热失控火焰的抑制效果，芯体孔高侧重干预热量传递以及高能碎片的阻隔效果，0.6、0.9、1.2 mm 芯体孔高阻火单元对排出气体温度的抑制效果最高分别可达到86.55%、76.80% 和80.93%；厚度对燃爆气体逸散路径与腔内压力平衡调节有重要影响，在芯体孔高分别为0.6、0.9、1.2 mm 的情况下，厚度每减少1 mm，压力参数峰值差分别会相应地增加250、190、120 Pa。综合仿真和实验分析，芯体孔高为0.9 mm、厚度为30 mm 的阻火单元对锂电池热失控燃爆火焰抑制效果最佳，能将电池燃爆舱环境温度从365.6℃降低至156.1℃，将阻火单元背火面温度从238.3℃降低至108.5℃，并避免了阻火单元堵塞或高能碎片逸散。

关键词：航空锂电池；热失控；气体燃爆；燃爆防护；火焰抑制；波纹板阻火单元