Testing of fire-resistant material for battery systems

在移动出行领域，从内燃机到电动车的过渡不仅为主机厂带来了巨大机会，也同时带来了一系列挑战。其中一个挑战是如何保持电池的完整性和安全性 – 因为这对于提升消费者关注的续航里程，以及增加驾乘人员的安全性至关重要。

现在大多数电动车都使用锂离子电池，制造商面临的主要问题在于如何降低热失控的风险。锂离子电池可以带来更高的功率和能量密度，但它们也会产生大量的热，如果不加以控制，热量会急剧增加，最终造成热失控，导致电池起火甚至爆炸。这不仅会对汽车造成严重的损坏，而且有可能使车内的驾乘人员处于危险之中。

因此，耐火性就成了电池系统密封材料的关键性能要求之一。随着电池行业的发展，有关消防安全的法律法规也在不断变化；现在，所有电池系统的密封材料都被要求满足V0防火等级，这意味着这些材料要具有自息性，能在一定时间内暴露于火焰中而不被烧毁。

不过，就天然属性而言，用于制作密封件的标准有机弹性体胶料都是高度易燃的，因此必须通过其他手段使其具备良好的的耐火性，例如在配方中增加阻燃助剂或为产品添加阻燃涂层。

德特威勒的材料开发专家们将胶料配方经验、表面处理技术和专业测试方面的知识充分结合，开发出了能够满足严格防火要求的胶料。

耐火性

密封材料的重要特性

在汽车电池系统应用中

在本文中，我们重点介绍评估材料耐火性的各种方法。

四种主要的材料耐火性测试

橡胶材料的物理属性，如拉伸强度、伸长率和永久压缩变形率等，都能采用相对简单的方法来评估和比较，而对耐火性的测试和评估却较难量化。同时，这些测试还具有一定的操作难度和潜在的健康和安全风险。

目前，已经有了一些耐火性的关键测试，每种测试都能提供关于胶料的不同方面信息，加在一起我们就可以全面地了解胶料的耐火性。

#1
极限氧指数 (LOI)

_大于21_%

定义为自熄材料

LOI值

极限氧指数 (LOI) 是指氧气和氮气混合物中支持材料燃烧所需的最低氧气浓度，以氧气的体积百分比表示。LOI值小于21%的材料被归类为可燃材料，而LOI值大于21%的材料则被归类为自熄材料，因为在不提供外部能量的情况下，它们的燃烧在环境温度下无法持续。该百分比越高，其耐火性就越强。

该测试需要在透明的玻璃罩内垂直放置一个材料样品，同时氧气和氮气的混合物向上流动。点燃样品的上端，观察试样随后的燃烧情况，比较燃烧持续的时间或样品燃烧的长度，两者都应在规定的范围内。通过在不同的氧气浓度下测试一系列样品，即可确定最低氧气浓度。

#2
最大平均散热率 (MARHE)

Real

condition testing

作为更复杂的耐火测试之一，最大平均散热率 (MARHE) 提供了关于材料燃烧表现的关键信息。在测试过程中，材料样品被加热并开始释放出成分气体。这些气体被电火花点燃，同时排放的气体被收集并通过通风系统转移。通过测量气体的类型、流速和其他参数，可以算出一段时间内的热量释放。

MARHE测试的优势在于它提供了在真实条件下测量火灾发展倾向的能力。与平均散热率(ARHE) 测试一起，MARHE被用来准确地预测材料在最终应用中的表现，为研究人员提供相关性或数学模型所需的数据。

#3
UL 94

Not classified

Top classification – VO

作为最著名且最必要的耐火测试之一，由德特威勒自有实验室完成的UL 94测试包了括两个主要部分：水平燃烧 (HB) 和垂直燃烧(VB)。水平燃烧提供了有关火焰蔓延速度的信息，而垂直燃烧则考察的是关于材料的自熄特性。虽然HB测试相对容易通过，甚至有些常规的标准胶料都能够通过，但 VB测试却很具挑战性，它通常需要对胶料做特定的开发才能实现。

在VB测试中，材料样品被固定在钢制防火罩中，对其持续10秒施加火焰。如果样品着火，则测量其继续燃烧的时长。这就是“续燃时间1”。然后再次施加火焰，并测量样品燃烧的时间 (“续燃时间2”)。

如要满足最高防火等级 – V0的要求， 10个样品的累计续燃时间必须短于10秒，这意味着样品必须不着火或者只是闪烁一下就立即熄灭了。

#4
专门测试

Smoke

density measurement

除了极限氧指数 (LOI)、最大平均发热率 (MARHE) 和UL 94测试之外，还有一些更专业的耐火测试。由于烟雾在火灾中往往会带来特别危险的后果，烟雾密度的测量是确定材料安全性的一个关键步骤。测试时，在一个较大的腔室中燃烧样品，同时将一束光透过。然后在分析有毒烟气之前，传感器会先测量光的吸收率以确定烟雾密度。

其他的专门测试还包括燃烧电缆线束以测量火灾对建筑内电缆布线的影响，以及隔离完整性测试，即在煤气炉上燃烧电缆，同时向其洒水以模拟建筑物的喷淋灭火系统。