摘要：锂电池热失控产气气体燃烧速率是指电池在热失控过程中释放的可燃混合气体在特定条件下的火焰传播速度，通常以厘米每秒（cm/s）为单位。这一指标直接反映了气体燃烧的剧烈程度和能量释放速率，是评估电池安全性的核心参数之一。当电池内部发生热失控时，电解液分解、电极材料反
一、锂电池热失控产气气体燃烧速率的定义
锂电池热失控产气气体燃烧速率是指电池在热失控过程中释放的可燃混合气体在特定条件下的火焰传播速度，通常以厘米每秒（cm/s）为单位。这一指标直接反映了气体燃烧的剧烈程度和能量释放速率，是评估电池安全性的核心参数之一。当电池内部发生热失控时，电解液分解、电极材料反应等过程会释放出大量可燃气体（如 H₂、CO、CH₄等），这些气体在遇到火源时可能引发快速燃烧或爆炸，而燃烧速率的高低直接决定了事故的危害等级。
二、指标的重要性与研发忽视现状
作为锂电池测试的必检项目，气体燃烧速率的测定已被纳入 UL 9540A 等国际标准体系。然而，在实际研发中，这一指标常被厂家忽视。部分原因在于测试设备复杂、数据处理难度高，且短期难以直接转化为产品竞争力。但事实上，该指标贯穿电池全生命周期：
研发阶段：指导材料体系优化（如电解液添加剂的选择），避免因产气燃烧特性导致的设计缺陷；
设计阶段：为电池包泄压系统、热管理模块提供关键参数，确保泄放通道尺寸与燃烧速率匹配；
测试认证：是 UL 9540A、IEC 62619 等标准的强制要求，直接影响产品能否通过安全认证；
市场准入：欧美等市场已将气体燃烧速率作为储能系统准入的必要条件，例如 UL 9540A-2025 新增爆燃分析要求，明确关联燃烧速率数据。
三、基于 UL 9540A 的测试方法与局限性
UL 9540A 规定，可燃气体燃烧速率的测定需依据 ISO 817 附录 C 的垂直管法。该方法采用 40mm 内径反应管，通过点燃管内混合气，利用高速摄像机记录火焰传播过程，计算火焰冠表面积与燃烧速度。其优势在于对低速气体（
然而，针对锂电池热失控产气的复杂混合气体，该方法存在显著局限性：
反应管内径的适配性问题：
40mm 内径设计初衷是减少壁面淬灭效应，但对于含 H₂（占比可达 40% 以上）的高速气体，大内径会加剧湍流边界层的形成，导致火焰前锋面扭曲、分裂，测量值离散性高达 ±20%。例如，当燃烧速率超过 40 cm/s 时，火焰可能在 0.1 秒内完成传播，传统摄像机帧率（通常≤1000 帧 / 秒）难以捕捉关键瞬态特征。
气体成分复杂性影响：
热失控产气包含 H₂、CO、CH₄等多组分，其扩散系数和燃烧速度差异显著。例如，H₂的层流燃烧速度可达 240 cm/s，而 CO 仅为 120 cm/s，导致混合气分布不均，形成 “指状” 或 “胞状” 燃烧形态，使整体测量值偏离真实均值。
图像识别精度挑战：
高速燃烧时火焰亮度高、动态范围大，易造成图像过曝或边缘模糊。例如，当 H₂浓度超过 30% 时，火焰温度可达 1800℃以上，传统算法的形态识别误差可能超过 15%。
四、优化策略与检测单位的实践
作为专业检测机构，我们通过以下措施解决上述问题：
反应管设计优化：
采用 20-30mm 内径的石英玻璃反应管，平衡淬灭效应与湍流抑制。实验表明，25mm 内径可将湍流强度降低 30%，火焰形态稳定性提升 40%。
管内壁涂覆陶瓷涂层，减少热损失并抑制壁面催化反应，使燃烧过程更接近理想状态。
高速动态捕捉技术：
配备 2000 帧 / 秒高速摄像机，并结合 AI 图像增强算法（如 YOLOv5s），实现火焰边缘检测精度≤0.5 像素。例如，在 H₂浓度 40% 的混合气测试中，可准确识别 0.05 秒内的火焰分裂事件。
多维度数据融合：
同步采集压力、温度、气体成分（如 H₂浓度实时监测采用电化学传感器），建立燃烧速率修正模型。例如，当 H₂浓度超过 35% 时，模型可自动补偿湍流导致的速率偏差，使测量误差从 ±18% 降至 ±5%。
成分均化预处理：
在反应管入口增设螺旋导流器，配合超声搅拌装置，使混合气均匀度提升至 95% 以上，有效抑制 “指状” 燃烧形态的出现。
五、结论
锂电池热失控产气气体燃烧速率的准确测定是电池安全研发与认证的关键环节。尽管 ISO 817 附录 C 的方法在传统场景下有效，但其在含氢高速混合气体测试中存在显著局限性。通过优化反应管设计、引入 AI 视觉技术及多参数协同分析，检测机构可大幅提升测试精度，为电池企业提供可靠的安全评估依据。随着 UL 9540A-2025 等标准对产气燃烧特性的要求升级，精准的燃烧速率数据将成为市场竞争的核心壁垒之一。未来，结合机器学习与数值模拟（如湍流燃烧火焰面模型），有望进一步突破现有测试技术的瓶颈，推动锂电池安全研究向智能化、精细化方向发展。
来源：科学奇妙元素
