Page 21 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 李 刚，等： 锂离子电池环境的建构物泄爆研究 第 9 期

物爆炸时的容器内最大超压 p 。测试选取的 p max 80
red
BVG 体积浓度为 17.5 和 29.0%，石墨粉尘质量 0.6 (dp/dt) max
浓度为 10、20、30、60、100、200、300 和 400 g/m 。 60
3
选择这两个气体体积浓度是为了研究 BVG 在富 0.4
氧（0.6 当量比）和贫氧（1.0 当量比）时加入不同 p max /MPa 40 (dp/dt) max /(MPa·s −1 )
浓度石墨的泄压变化情况。测试结果如图 6 所 0.2 20
示：泄爆口径相同时，29.0% 体积浓度的 BVG-石
墨粉尘杂混物的 p re d 均高于 17.5% 体积浓度的 0 0
40
30
20
p ，说明在气体浓度为最危险爆炸浓度时杂混 10 Volume concentration/% 50
red
物的危险程度最高；同时，发现所有泄爆口径下
图 5 湍流态下不同体积浓度 BVG 的 p ma 和 x (dp/dt) max
BVG 的 p re d 最大，且 p re d 随着石墨粉尘浓度的增
Fig. 5 p max and (dp/dt) max at different volume concentrations of
大而减小，表明在建构物设置有泄爆口时，石墨
BVG in turbulent flow regime
粉尘的加入起到惰化的效果，降低了 BVG 的爆
炸危险性。分析可知，石墨粉尘的最小点火能很大，有大量石墨粉尘吸收了系统产生的部分热量，使得
容器内气体膨胀速率下降，从而导致升压速率下降，而泄爆装置开启后，在剩余可燃混合气和高压燃烧
产物的气流携带下，大部分吸收热量的石墨粉尘未经燃烧，便经泄爆口泄放至容器外部，进而导致 BVG-
石墨粉尘杂混物的 p d 低于纯 BVG 气体的 p 。
re red
0.6 0.6

0.5 0.5 D=10.5 mm
D=15.0 mm
0.4 D=10.5 mm 0.4
p red /MPa 0.3 p red /MPa 0.3 D=21.2 mm

0.2 D=15.0 mm 0.2
D=21.2 mm D=30.0 mm
0.1 D=30.0 mm 0.1 D=60.0 mm
D=60.0 mm
0 0
0 100 200 300 400 0 100 200 300 400
Mass concentration/(g·m ) Mass concentration/(g·m )
−3
−3
(a) 17.5% BVG and graphite dust (b) 29.0% BVG and graphite dust
图 6 不同泄爆口径下 BVG 添加石墨粉尘后的 p red
Fig. 6 p red after adding graphite dust at 29.0% volume concentration BVG at different venting calibers

综上，在建构物有泄爆装置时，NCM 电池热失控喷射的纯 BVG 气体比 BVG-石墨粉尘杂混物爆炸
危险性高，从安全生产的角度出发，研究锂离子电池环境的建构物泄爆特性时，应将纯 BVG 气体环境的
建构物爆炸定义为最危险的工况。
2.2 泄爆因素分析
为进一步分析泄爆口径对压力变化的影响，图 7 展示了不同泄爆口径下，29.0% 体积浓度 BVG 气体
容器内的压力曲线。可以看出，在泄爆口径 D=10.5 和 15.0 mm 时容器内压力曲线表现出双压力峰值特
点。第一个波峰是点火后 BVG 爆炸释放热量使气体发生急剧膨胀和高压燃烧产物共同作用使得容器
内迅速升压，从而导致泄爆膜破裂的结果，此压力峰值也称动态破膜压力。值得注意的是，动态破膜压
力始终高于 p ，这种差异是由于泄爆膜在动态瞬时压力脉冲负荷下的强度高于在缓慢静态压力负荷下
stat
的强度 [19] 。在双压力峰值之间可以观察到压力出现振荡现象，这是由容器内燃烧产物的生成率与未燃烧
混合物和高温燃烧产物的向外泄放率之间的竞争引起的，当后者小于前者时，压力上升，反之压力下降。
当 D=10.5 mm 时，泄爆装置开启后，内外压差导致容器内的高压燃烧产物和未燃尽的 BVG 气体开

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