当电池发生热失控（TR）时，会开释高温可燃燃料费，对公共安全构成严峻要挟并引发广泛重视。然而，针对电池储能电站（BESS）热失控与喷发流（JF）的危险评价办法仍存在研讨空白。为处理这一问题，本研讨对280 Ah电池开展试验，采集其热失控行为与喷发流特性数据，并建立了14.3 kWh电池储能电站喷发流的核算流体力学（CFD）模型。依据燃烧三角形理论，当JF到达燃点温度与爆破极限规划时具有爆破性。因而，对BESS TR进行危险评价需归纳考量上述两个必要条件（温度与爆破极限规划）。据此，本文提出依据爆破极限规划与燃点温度的危险评价办法，其危险等级划分为0、1、2三级。此外，本文还引进危险体积（Dangerous Volume）概念本文选用危险体积（定义为热失控气体浓度≥2%爆破下限的空间区域）作为危险量化目标，对比剖析了不同变量影响下的危险体积改变，包含首颗失效电池方位、通风口方位及热鸿沟条件等参数。研讨发现：当首颗失效电池坐落储能体系几何中心邻近时危险最高，最危险时刻出现在1302秒，此刻危险体积达6.07升；以危险体积为评价目标时，通风口方位越低则体系危险越高。各参数敏感性排序如下：通风量 > 通风温度 > 环境温度。综上所述，本文提出了一种电池JF危险评价办法，经过引进危险体积参数量化相关危险，识别最危险的电池方位，并依据此剖析结构优化了BESS规划参数，为BESS分级消防与通风结构规划供给了新的理论参阅。 = 2) as a risk quantification index. This paper compares the dangerous volumes under the influence of different variables, such as the first failed battery location, ventilation outlet location and thermal boundary conditions. The findings indicate that the most dangerous battery location is close to the geometric center of BESS, with the most dangerous moment occurring at in 1302 s, corresponding to a dangerous volume of 6.07 L. By utilizing the dangerous volume as an index, it is observed that lower ventilation outlet is associated with a higher risk. The sensitivity of each parameter is ranked as follows: ventilation volume flow > ventilation temperature > ambient temperature. In summary, this paper proposes a battery JF risk assessment methodology, introduces the dangerous volume parameter to quantify the associated risks, identifies the most dangerous battery location, and optimizes the design parameters of the BESS based on this analytical framework. It provides a new theoretical reference for the graded fire protection and ventilation structure design of BESS.
为处理电力传输的不安稳性与波动性问题，电池储能体系（BESS）已受到广泛重视并快速开展[[1], [2], [3]]。全球电池储能设备数量正迅猛增长[[4], [5], [6]]。国际能源署在《电池与能源安全转型陈述》中指出，2023年全球BESS容量达90吉瓦，中国、欧盟和美国占有新增容量的90%，估计2030年容量将达760吉瓦。现在BESS已在实际工程中得到广泛使用[7]。磷酸铁锂电池（battery）凭仗其高安全性、高能量密度、长寿命等优势，已在储能技术领域完成大规划使用。然而由热乱用（thermal abuse）、电乱用（electrical abuse）和机械乱用（mechanical abuse）触发的电池热失控（TR）现象已引发广泛重视[8]。2018至2019年间，韩国电池储能体系（BESS）多次发生TR事端，政府为此展开专项查询并部分暂停国内储能设施运行[9]。美国亚利桑那州某BESS发生的延迟爆破事端引发全球重视[10]。此外，本文还在表1中列举了近年来发生的储能体系火灾事端。
电池储能体系（BESS）的火灾对公民生命财产安全构成严峻要挟。从防备、控制和预警的视点出发，剖析BESS内可燃性气体的射流火焰（JF）现象并进行合理的安全分级至关重要。
热失控（TR）可能引发更严峻的后果，尤其在BESS中[11]，如图1所示。电池发生TR后，高温可燃有毒气体继续开释，一起挥发性易燃有机电解液走漏至BESS内部[12]。BESS中的直流电弧故障极易点燃可燃气体，是火灾首要诱因之一[[13], [14], [15]]，这给BESS的安全运行带来巨大隐患[16]。因而，探究电池TR泄放行为及BESS安全防护具有极高重要性。
在TR初始阶段，当温度超越373K时，SEI（固态电解质界面）层开始进一步分解[17]。该分解反响导致负极与电解质发生相互作用，使电解质裂解并发生甲烷、乙烷等可燃性烃类气体[18]。当到达PE或PP的熔融温度时，隔阂发生熔融，致使电池内阻增大。随之电池温度继续升高，引发正极资料熔融并发生O₂等气体。2以及HF[19]。当温度处于473 K至573 K区间时，PVDF粘结剂与电解质之间会发生分解反响，导致温度急剧上升。终究，电池转变为高温高压容器。当安全阀敞开时，高温可燃性燃料费随即排放[20]。
张等[21]研讨了密闭空间内大型电池模块的热延伸行为与喷发特性。结果标明，该模块在热失控进程中开释的燃料费总量为31.01摩尔。泄放气体的首要成分为H2,CO2、CO、C2与CH4。其间，H4, CO2其间CO占比分别为32.9%、28.0%和25.3%。Su等[22]研讨了13Ah电池在热乱用和电乱用条件下TR燃料费生成浓度的改变规则，发现H2与CO浓度改变具有强相关性，且热乱用比电乱用更早触发燃料费生成，并引发更明显的浓度波动。Chen等[23]经过试验测得爆破下限(2LEL不同荷电状态(SOC)及不同加热功率下电池TR气体产品的)。他们选用勒夏特列公式进行核算LEL并发现该公式可有用断定LEL，差错分别为2.1%、1.9%和0.4%。Wang等[24]研讨了不同压力下燃料费爆破极限的改变规则，发现40 kPa和101 kPa条件下发生的TR燃料费具有更宽的爆破极限规划和更危险的现象。他们提出了一种包含爆破极限的危险评价办法，指出电池在40 kPa条件下的TR更具危害性。, with errors of 2.1 %, 1.9 %, and 0.4 %, respectively. Wang et al. [24] studied the variation of gas explosive limit under different pressure, and found that the TR gas produced at 40 kPa and 101 kPa had a wider range of explosive limit and more risky phenomena. They proposed a risk assessment method including the explosive limit, pointing out that the TR of the battery at 40 kPa was more harmful.
评价TR气体出产的爆破极限是危险评价的重要目标，很多研讨者已经过模仿办法对此开展研讨。Yu等[25]探究了三种慵懒气体(CO2、H2O与N2对爆破极限进行数值模仿研讨。他们发现掺入慵懒燃料费会降低火焰温度和层流火焰速度，一起增加安稳火焰传达区的火焰厚度，然后进一步按捺火焰传达。Yu等[26]选用SENKIN程序核算了喷发燃料费的爆破极限。结果标明，在所有SOC条件下，喷发燃料费的爆破极限均呈现Z型曲线，标明H2在燃烧呼应中占有主导地位。当时，许多研讨者选用CFD办法对电池三维空间的热失控（TR）进行模仿[27]，包含电池模组的热失控传达及储能体系（BESS）规划的热失控模仿[28]。在单体电池热失控模仿中，Zhang等[29]依据ANSYS Fluent软件构建了18650型NCM电池热失控模型，归纳考虑了固体热传导、空气热对流、火焰与颗粒辐射的耦合作用。该模型精确复现了电池温度改变及两种典型喷发进程。Wang等[30]选用CFD办法模仿了热失控传达进程中电池的气体排放行为，完成了对热失控传达的预测。依据该模型，研讨为缓解爆破危险供给了有价值的见解。Feng等[31]构建了大容量锂离子电池模组的热失控传达模型，经过经验方程简化化学动力学核算，选用等效热阻层简化传热核算。该作业降低了模型复杂度，并展示了核算效率优势。在电池储能体系（BESS）层面，Kong等人[32]构建了依据共轭传热的耦合数值模型，该模型精确捕捉到481秒时热失控的起始时刻，并将选定方位的温度预测值与试验差错控制在30%以内。Jin等人[33]评价了集装箱式BESS相关的燃料费排放危险，该研讨经过爆破进程、可燃燃料费类型、浓度及分布特征的深入剖析展开。
CFD软件是传热研讨的重要东西[[34], [35], [36]]。Belhocine等[37]选用ANSYS产品剖析了制动进程中刹车盘与刹车片间的干触摸热机械行为。该研讨耦合应力场与温度场，表征了汽车盘式制动器组件周围的气流行为，其模型在模仿结果中展现出高精度。
在锂离子电池体系TR危险剖析方面，已有若干初步研讨。Jia等[38]使用机器学习与3×10^5组数据集。该模型使用部分循环数据可完成对缺陷电池、内部短路和热失控危险的识别，精确率超越95%。Xia等[39]提出一种依据改进二分法的热安全鸿沟剖析算法，该算法可以精确获取电池组的热安全鸿沟（如临界环境温度、临界功率、热失控时刻），为电池安全危险概率评价供给了依据与参阅。
上文已介绍一维燃料费爆破极限的数值模仿、三维电池TR热喷发模型及危险评价模型，但关于使用数值模仿办法评价三维空间TR JF危险仍存在研讨空白。针对BESS救活，Liu等人[40]选用七氟丙烷(HFC-227ea)等救活剂喷洒故障电池，有用降低电池表面温度并阻断TR传达路径。Wang等人[41]提出一种BESS协同救活战略，当空间温度超越323K时发动通风排烟操作，温度超越343K时发动喷雾操作。但该文所述办法首要选用温度阈值作为判断标准，未归入燃料费浓度参数。
在储能电站防火标准中，BESS（电池储能体系）救活体系选用三级动作机制，包含断电、通风与喷发。当时消防体系首要依赖单一阈值进行动作切换，例如温度或CO浓度[42]。依据燃烧三角形理论，燃烧的必要条件是温度与可燃极限规划。仅依赖温度或某种燃料费浓度作为判据存在不足，且阈值变量的选择缺少理论剖析支撑。
为处理这一问题，本文构建了电池储能体系（BESS）的高温JF模型，提出了一种结合温度与燃料费爆破极限的危险评价办法，并引进危险体积评价目标以划分危险等级。该评价办法经过引进危险体积目标，旨在量化JF的危险程度。依据危险体积将JF划分为0、1、2三个危险等级，为电池储能体系多级防火的动作判断供给了新依据。本文选用该模型与危险评价办法开展了一系列危险对比模仿。结果标明，在电池组中，最接近BESS几何中心的方位危险最高，而距离地上最近的通风口处危险性最大。经过规划正交试验确认了各参数的敏感性。该模型可为BESS安全规划供给参阅，并从电池热失控泄放潜在危险的视点剖析了BESS结构规划。

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