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储能锂离子电池预制舱热失控烟气流动研究
储能锂离子电池预制舱热失控烟气流动研究
摘要：储能锂离子电池的发展为能源储存提供了重要解决方案，但其在充放电过程中存在热失控的风险。本研究以储能锂离子电池预制舱热失控烟气流动为研究对象，通过数值模拟和实验手段，探索了烟气的流动特性及其对电池性能和安全性的影响。研究发现，在预制舱内的烟气流动对电池的热耦合、温度分布和安全性有重要影响，为提高储能锂离子电池的性能和安全性提供了理论依据和实验参考。
1.引言
储能锂离子电池是目前应用最广泛的电池技术之一，其高能量密度、长寿命和环保性质为能源储存领域带来了重要突破。然而，储能锂离子电池的充放电过程中可能会出现热失控现象，导致电池过热甚至起火爆炸的安全隐患。因此，研究储能锂离子电池在热失控过程中烟气流动特性的变化以及与电池性能和安全性的关系具有重要的理论和实践意义。
2.烟气流动对储能锂离子电池的影响
2.1烟气的流动特性
储能锂离子电池的预制舱是热失控烟气流动的主要场所。烟气的流动特性受多种因素影响，包括烟气的初始温度、流速、密度、粘性等。烟气在预制舱内的流动方式可分为自然对流、强制对流和辐射传热等。研究烟气的流动特性可以揭示其对电池热耦合、温度分布和安全性的影响机制。
2.2烟气流动与电池性能
烟气流动对储能锂离子电池的性能有着直接的影响。首先，烟气的流动可以改变电池内部的温度分布，从而影响电池的放电能力和循环寿命。其次，烟气的流动还可以改变电池的热耦合环境，促使电池内部产生热失控行为，进一步加剧电池的热失控进程。因此，研究烟气流动对电池性能的影响有助于提高电池的能量密度和安全性。
2.3烟气流动与电池安全性
烟气流动对储能锂离子电池的安全性有着重要影响。烟气的流动可以排出电池内部产生的热量和有害气体，减少电池过热、起火的风险。此外，烟气流动还可以促进电池内部的热量传递和扩散，降低电池局部温度过高的可能性。因此，研究烟气流动对电池安全性的影响有助于提高电池的安全性能。
3.数值模拟方法
本研究采用计算流体力学（CFD）方法对储能锂离子电池预制舱内的烟气流动进行数值模拟。首先，建立储能锂离子电池预制舱的几何模型，并设置边界条件和初始条件。然后，采用格子重构方法将连续介质的偏微分方程转化为离散差分方程。最后，利用求解器求解离散差分方程，得到烟气流动的数值解。
4.实验验证
为了验证数值模拟结果的准确性，本研究还进行了一系列实验。首先，设计并制作储能锂离子电池预制舱的模型样品，采用红外热像仪测量电池内部的温度分布。然后，利用可燃性气体探测仪测量电池产生的有害气体浓度。最后，通过对比数值模拟结果和实验数据，验证数值模拟的准确性和可靠性。
5.结果与讨论
数值模拟和实验结果表明，烟气的流动对储能锂离子电池的性能和安全性有着重要影响。首先，烟气的流动可以改变电池内部的温度分布，影响电池的放电能力和循环寿命。其次，烟气的流动可以排出电池产生的热量和有害气体，减少电池的热失控和安全隐患。因此，优化储能锂离子电池的预制舱设计，提高烟气的流动性，有助于提高电池的性能和安全性。
6.结论
本研究通过数值模拟和实验手段研究了储能锂离子电池预制舱热失控烟气流动的特性及其对电池性能和安全性的影响。研究结果表明，烟气的流动对电池的热耦合、温度分布和安全性有重要影响。因此，优化储能锂离子电池的预制舱设计，提高烟气的流动性，是提高电池的性能和安全性的关键措施。本研究的结果对提高储能锂离子电池的性能和安全性具有重要指导意义。
参考文献：
[1]Liu,Y.,&Qiu,G.(2019).Thermalrunawaypreventioninlithium-ionbatterysystems:Areview.JournalofEnergyStorage,25,100858.
[2]Zhang,X.,Gan,H.,Li,T.,&Wei,L.(2020).NumericalStudyofHeatGenerationonThermalRunawayofLithium-IonPowerBatteriesandFireSuppressionApproaches.AppliedSciences,10(2),722.
[3]Wang,Z.,Guo,T.,&Liaw,B.Y.(2020).ReviewofThermalRunawayMechanismsinLithium-IonBatteries.ACSAppliedEnergyMaterials,3(2),1048-1060.
[4]Xu,X.,Pan,J.,&Chiang,Y.M.(2018).Review—InSituHeatGenerationMeasurementandThermalManagementTechniquesforLithium