Page 23 - 《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

体积消耗率之间的差值越大，同时燃烧产生的热量越多，容器内气体膨胀率越高，从而导致 p re d 增长迅

速。当泄爆装置开启压力增加到一定值后，p d 增长缓慢甚至不再发生变化，原因是已经与 BVG 在密闭
re
空间时的工况差别不大，p re d 已经十分接近 BVG 的 p max ，说明此时泄爆装置的泄压效果显著减弱。
2.3 锂离子电池所在建构筑物的泄爆面积确定方法
《建筑防火设计规范》 给出的建构物泄爆面积计算公式：
[7]
A v = 10CV 2/3 (3)
A v 为依据公式计算的泄爆面积，V 为建构物容积，C 为泄压比。
式中：

国家标准 [7] 给出了常见的可燃气体、可燃 0.04
爆粉尘和可燃蒸汽泄压比 C 的取值范围，但未包
含 BVG。同时，现行标准中泄压比的取值是基 0.03
于 建 构 筑 物 体 积 为 1 0 0 0 m 3 、 抗 爆 强 度 为
0.07 MPa 的确定条件下得到的。当建构筑物允 C 0.02
许的最大泄爆压力 p red,max （即抗爆强度）发生变
化，则泄压比 C 也会发生变化。比如强度越大则 0.01
需要的泄爆面积越小，为此将实验测得的 p re d 视
为建构物抗爆强度 p red,max ，对泄压比 C 与建构物 0 0.2 0.4 0.6
抗爆强度 p red,ma x 进行了拟合处理，得到了两者之 p red,max /MPa
间的变化曲线，结果如图 10 所示。由图 10 可
图 10 泄压比 C 随建构物抗爆强度 p red,ma 的拟合曲线
x
知，泄压比 C 随 p red,ma x 的升高呈指数衰减关系： Fig. 10 Fitting curve of pressure relief ratio C with p red,max of
C = 0.096 86e −12.31p red,max +0.001 946 (4) explosion strength of structures

结合式 (3) 和式 (4)，可得锂离子电池热失控环境建构物的泄爆面积计算公式：
( )
A v = 0.968 6e −12.31p red,max +0.019 46 V 2/3 (5)
由图 5 可知，BVG 爆炸下限为 10.9%，根据 GB50016 规定可将锂电池环境建构物划分为具有乙类火
灾危险性的生产场所，因此其承重结构宜采用钢筋混凝土或钢框架、排架结构。参照《爆破安全规程》 [19]
所列出的建筑物的破坏程度与超压关系，可知 0.025～0.04 MPa 的超压可使得钢筋混凝土结构出现小于

1 mm 的裂缝，该超压虽然会使厂房结构受损，但主体结构仍然具有安全性。因此，将 0.025 MPa 作为锂
离子电池环境建构物的抗爆强度 p ，兼顾安全性与经济性。代入式 (4)，得泄压比 C 为 0.073。出于安
red,max
全生产考虑，可将锂电池热失控释放气体划入“丙酮、汽油、甲醇、液化石油气、甲烷、喷漆间或干燥
−1
室，苯酚树脂、铝、镁、锆等 K ＞30 MPa·m·s 的粉尘” 类型，取值范围为 C≥0.110。
[7]
st
3 结 论

(1) BVG 的最危险爆炸体积浓度为 29.0%，此浓度时 p x 为 0.64 MPa，(dp/dt) x 为 68.7 MPa/s。所有
ma ma
泄爆口径下，在 BVG 中加入石墨粉尘后，石墨粉尘通过吸收热量降低了气体膨胀速率，导致所形成的
BVG-石墨粉尘杂混物的 p re d 均低于 BVG 的 p 。因此，考虑到最危险的工况，在研究锂离子电池热失控
red
喷射杂混物环境下的建构物泄爆时，可以按 BVG 气体环境考虑。
(2) 随着泄爆口径增大，容器内燃烧产物的生成率逐渐小于未燃烧混合物和高温燃烧产物的向外泄
放率，使得 BVG 泄放压力曲线由双峰值过渡为单峰值；泄爆口径的减小会延长泄放时间，延长幅度可达
296.8%。p re d 随泄爆口径 D 的增大呈指数衰减，同时，p re d 与泄爆装置开启压力 p sta t 呈对数增长关系。
(3) 泄压面积比 C 与锂离子电池环境的建构物抗爆强度 p red,ma x 之间呈指数衰减关系，结合 GB50016
《建筑防火设计规范》所给建构物泄爆面积计算方法，建立了 LIBTR 环境建构物的泄爆面积计算公式。
按乙类火灾危险建构筑物的抗爆强度，泄压比 C 的取值可取 0.110。

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