电动滑板车及电池火灾实验评估：热行为与蔓延风险

2026-04-01 14:19:58

可充电锂离子电池广泛应用于电动滑板车等移动设备中，由于近期在室内和半封闭环境中发生的火灾事故，其消防安全问题日益受到关注。本研究开展了六项全尺寸火灾试验，以评估电动滑板车及其电池的火灾风险，重点关注火势蔓延和环境影响。研究的关键方面包括燃烧行为、温度、热通量和有毒气体排放，并观察到了热失控和电池单体泄放等现象。研究结果为制定安全指南、预防措施和应对策略提供了依据，并为数值模拟与验证提供了关键数据。

引言

自2010年代问世以来，微型交通工具——尤其是电动滑板车——凭借其灵活性、成本效益、易用性、紧凑尺寸及环保特性，在公共政策对可持续交通的推动下，已成为城市出行的热门解决方案。随着电动滑板车在私人使用和共享出行系统中的广泛普及，电池相关事故（特别是火灾）的发生率也显著上升。电动滑板车引发的火灾可能造成严重后果，包括财产损失、人员伤亡甚至死亡，尽管此类事件相对罕见（部分国家每年仅发生数百起案例，以英国为例，截至2024年记录为211起，与设备总量相比仍属较低水平[1]）。伦敦消防队报告显示，2022至2024年间涉及微型机动设备（电动自行车与电动滑板车）的火灾数量翻倍，某些案例导致了严重伤害或死亡[2]。关于将电动滑板车和电动自行车融入公共交通（特别是火车）的消防安全问题也引发了关注。Lakkonen [3]指出，由于运输过程中存在缺陷或维护不良的电池所带来的风险，多家运营商及国家已考虑限制或禁止其搭载。这类事件主要由驱动车辆的锂离子电池发生热失控引发，该失效模式在电池研究领域已有充分文献记载[4][5][6]。电池组热失控是锂电池失效的主要机制。该过程可由过充、内部短路、机械损伤或环境温度升高触发。如文献[6]所述，根据电池化学体系的不同，失效扳机首先引发负极-电解质反应，随后导致电解质汽化（120-220°C），进一步加剧产气现象，从而引发电池增压和初始泄压。约160°C起，产热过程从自加热阶段加速至伴随气体与固体颗粒剧烈释放的完全热失控状态。电解质分解在200-300°C区间显著增强。该过程一旦启动，将形成自持性放热反应，释放可燃性气体并引发通常超过600°C的温升。
) 严重阻碍电池火灾事故中的安全疏散。Yu[11]的测试同时针对电动自行车电池的单体电芯和模组（由13至15个电芯组成）开展过充触发的热失控研究。模组测试中，电池容量约为30安时，电压范围36至55伏，荷电状态(SOC)为100%，涉及磷酸铁锂(LFP)和锰酸锂(LMO)两种化学体系。测试过程中测量了热释放率(HRR)、总热释放量(THR)、排放物浓度及火焰高度等参数。测试数据显示最大表面温度介于600°C至750°C之间，并证实正极材料化学组成与电解液配方的差异会显著影响热释放率和烟气毒性特征。如Fjærestad[10]所强调，释放的烟雾中含有高浓度一氧化碳(CO)、氟化氢(HF)及其他有毒气体，存在急性吸入危害。在Anderson [12]的研究中，通过采用由相同数量圆柱形18650电池组成的电池组，考察了电池外壳的影响。这些电池组采用相同的电气配置，但分别配备坚固塑料外壳或低成本变体（后者更紧凑、能量密度更高且无保护外壳）。测试期间记录了燃料费释放量和热释放率(HRR)。Fleischmann [13]量化了商用电动滑板车热失控的严重程度，并强调了电池形态、荷电状态及泄压行为的作用。电动滑板车电池组热失控事件中的热释放率峰值可达450 kW，燃烧持续时间最长达15分钟，具体取决于电池组容量和荷电状态。在电解质和隔膜材料放热分解的作用下，电池舱内部温度超过700°C。²总体而言，尽管数量有限，这些研究共同揭示了微出行设备中的锂离子电池火灾会产生高强度热释放，其峰值热释放率（HRR）通常在10至1000 kW之间，燃烧持续时间约为10至20分钟，表面温度超过700°C，并伴随有毒烟雾排放，因此需要采取针对性消防安全措施并建立精确的量热评估方法，以有效管控火灾风险。此外，尽管这些研究主要聚焦于电动自行车和摩托车而非电动滑板车，但其邻近流场测量结果仍具有可比性。此类测试目前仅限于塑料外壳情境，且极少探讨电池集成安全装置的影响。Willstrand等人近期研究[14]同样对氧消耗量热法在电池火灾测试中的可靠性提出质疑，指出气相反应和不完全燃烧导致的测量不确定性可能造成总热释放量低估，从而使火灾风险评估复杂化。该方法虽常被用于火灾测试，但在处理电池火灾时，由于不完全燃烧与复杂气相反应的影响，其测量结果可能存在显著偏差。
多家机构已发布电动滑板车电池使用与操作的安全指南，其中英国和澳大利亚出台了针对小型移动设备的新建议与要求，包括英国额外实施的公共交通工具禁令[15][16]。然而，执法力度仍不一致，且市面上许多设备不符合既定安全规范。根据Anderson[12]的研究，现行建筑规范不足以应对住宅中日益增多的电池供电设备，需针对此类能源系统专门设计新的消防安全规则。近期研究也指出，共享出行与居住环境中缺乏明确的耐火性能标准。事实上，即便电动滑板车在热失控期间及后续释放的能量看似较小，仍可能影响防火墙、防火门、防火窗等耐火构件的性能。电动滑板车可能是导致防火分区起火的最初诱因。由热失控引发的火灾和事故会使火势蔓延速度异常迅猛，远超标准火灾曲线，可能导致全面燃烧并引发爆燃型事件。正如Fjærestad[10]和Anderson[12]所强调的，当前亟需制定整合电池特有风险的疏散策略与设计框架。此外，热失控的早期检测仍是重大技术挑战。若无嵌入式监测系统（这类系统在低成本设备中仍属罕见），电池劣化的起始阶段难以被察觉。