由锂离子电池模块组成的电池储能体系（ESS）在热失控期间或许引发火灾和爆破危险，由于排放的气体或许在关闭空间内积累、焚烧或逸出。咱们提出了一种由ESS机架首要组件构成的原型配备方案，其间模块被标明为关闭空间内的矩形结构，并经过模块顶部继续注入排放气体。这种理想化几许模型有助于探求机架层级特性怎么影响更小的单电池或模块层级标准。经过该几许构型，咱们展开数值模仿以了解泄放速度、温度及笔直方位的变化怎么影响卷吸率、未燃燃料比例、富燃料掩盖范围以及其他模块的热通量。在较低泄放速度和笔直方位时，浮力驱动充沛的卷吸与混合效果，使得大部分泄放气体在会聚式静压箱内产生反响。跟着射活动量添加和/或由于机架内泄放方位升高导致浮力削弱，泄放气体可传播至发散式静压箱并在其间焚烧。受冲击模块的热通量与泄放动量和温度呈显著正相关，而当发散静压箱内的火焰抵达外表时，上部模块的传热到达峰值；焚烧受按捺时则逐渐削弱。

引言

电池储能体系（ESS）已成为电网稳定性和弹性的基石技能，可将过剩发电量存储并在需求顶峰或停电时调度使用。锂离子电池因其高质量能量密度与体积能量密度以及电化学反响的可逆性[1]，在现代ESS布置中占有主导地位。这些完成紧凑高效储能的特性，一起也蕴含着高能失效的危险。锂离子电池机架中的失效事情或许损坏相邻配备，对应急响应人员构成严峻威胁，并导致重大经济损失[2]。
在100千瓦时及以上规模，储能体系（ESS）一般由电芯阵列组装而成，这些电芯先组合成模块，再封装于本文称为机架[3]的金属外壳中。在正常充放电循环进程中，会出现颗粒破裂、电解质氧化分化、粘结剂降解及其他老化现象，导致电芯阻抗添加、电流散布不均并形成部分热门，这些要素均会提高热失控产生概率[4]；而在大型体系中这些效应会被扩大[5]。除老化要素外，外部过热、过充电或机械损害也或许触发热失控[6]。
当电池温度超越临界阈值时，会引发热失控并伴随放热分化连锁反响，这一进程会耗费固体电解质界面相(SEI)、本体电解液及电极资料，一起产生高温易燃燃料费[7]。这些燃料费的积累导致压力急剧上升，使预制泄压孔或电池侧壁破裂，终究将高温燃料费与电极颗粒喷发至电池架环境内[8]。这些排放气体一般是由氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物组成的可燃混合物[9]，其体积可到达原电池体积的近两个数量级。实证研讨标明，排放气体体积与电池容量呈正相关关系，约为每安时2.0升[10]。Bugryniec等人[11]对现有文献进行的更广泛总述发现，层状金属氧化物电池的气体产量在每安时1至3升之间变化，而磷酸铁锂电池的产气量则为每安时1升或更低。在关闭机架内，如此很多的气体会置换环境空气，一般形成燃料费过浓而无法点着的混合物，直至新鲜空气引进。
从热气体或火焰传递的热量加热其他模块时，排出的燃料费会影响其他模块的热失控[12][13][14]。猜测储能体系机架内排出燃料费的终究状况具有挑战性。继续焚烧要求燃料和氧化剂在其可燃极限内混合并遇到点火源。为防止易燃气体突然爆破，试验常选用点燃火焰以确保焚烧在机架标准产生[12]。可用氧化剂的量取决于储能体系设计。典型设计力求最大化能量密度，这促使选用紧凑的外壳结构，但需包括足够的通风体系以经过对流冷却排出热量[15]。电缆通道与通风管道中复杂的气流路径使得猜测夹藏空气量极为困难。若焚烧被按捺且在储能体系内部形成富燃料混合物，其与外部空气的任何触摸都或许引发爆燃，危及应急救援人员及周边根底设备[16]。此外，若高温燃料费被关闭在机架内，存在热失控向机架内其他模块延伸的危险。
目前针对机架标准或更大规模的试验研讨相对有限，且试验复杂度仅允许收集全局数据。本文所指的大规模试验触及多个笔直堆叠模块，或将装满电池的单个模块置于相似机架或集装箱的结构中。这类试验的核心目标之一是探求热量与焚烧怎么对相邻模块产生反馈效应[2][12][17]。虽然这些试验为了解该进程供给了杰出洞见，但其一般在非受限条件下进行，并选用点燃火焰以降低爆燃危险——此类爆燃或许对设备造成严峻损害。因此，这些试验无法供给关于受限空气卷吸的有用数据。现有部分触及空气卷吸的大标准试验研讨[18][19]，但这些研讨首要聚焦于火灾按捺范畴。为说明根底参数空间怎么导致不同焚烧状况及热失控模组间传播倾向，仍需展开进一步研讨。
作为提高这些猜测能力的第一步，咱们考虑选用一个原型机架配备——移除一切体系特定组件，并经过数值模仿来了解排放燃料费的动态特性。该原型机架将电池模块简化为笔直堆叠的矩形棱柱体，封装于带有两个通风口的矩形机架内。%%模型中未考虑模块外壳的纳入，由于模块封装决策及封装资料会因制造商差异而显著不同。%% %%燃料费经过模块顶部的小孔注入，活动模仿继续至到达稳态。该设计旨在复现排放燃料费的某些预期行为，使咱们在无需任何制造商专有信息的情况下，能够探求基本参数怎么影响动态特性。这一点尤为重要，由于大多数企业不愿泄漏此类细节。
这种典型电池架几许结构的设计旨在满意文献中提出的建模需求，以探求电池架特性对单体电池标准燃料费动力学的直接影响。Ostanek等人[20]的早期研讨建立了一个简单的建模框架，用于耦合热效应与通风效应。此后，多位学者改进了相关办法并将其应用于不同的目标构型研讨[21]。Kong等人[22]将集总热模型与燃料费活动相耦合，并经过对比电池与空气温度的实测数据验证了该模型。Wang等人[23]探求了不同摆放办法与开口结构的密闭腔内多个电池单元的泄压进程，并评估了各配备的爆破危险。Wang等[24]与Zhang等[25]的研讨引进了颗粒建模，其模仿结果标明包括颗粒物可使相邻电池单元的热通量提高2至4倍[25]。还有学者研讨了泄压气流直接冲击平板时的热通量散布特性[26][27]。这些办法已被用于全体系模型的升级构建，如Wang等的研讨所示。[28]探讨了扳机方位的影响，Jia等[29]研讨了燃料费扩散演化。Jia等[30]与Wang等[31]的总述供给了更多研讨方向。然而，虽然这些模仿研讨取得了进展，仍难以在这些大规模体系中探究宽广的参数空间。咱们的机架几许结构为开端探究参数空间中相当大范围供给了杰出测试平台，一起保持计算可处理性。