摘要
电化学储能技术以其灵活安装性及快速响应性而得到广泛应用，其中预制舱式锂离子电池储能电站为目前的主流建设形式。然而由于电池材料固有的可燃性，在异常运行时存在热失控甚至爆炸风险，严重威胁储能电站的安全运行。现阶段相关研究主要局限于小体量电池的热失控特性，对预制舱式储能电站的气体爆炸特性研究尚处于探索阶段。本文从储能电池模组热失控实验及气体爆炸实验分析出发，在实验以及真实储能场景的基础上建立气体爆炸仿真模型，对单层以及双层储能预制舱的典型气体爆炸过程进行数值分析，并进一步分析不同起爆条件下的单层预制舱爆炸特性，以及不同起爆点下双层舱体之间的互相影响特性。以上气体爆炸特性研究可为预制舱式储能电站的安全运行及推广应用提供参考依据。 为研究储能电站的气体爆炸的发展过程，首先搭建磷酸铁锂电池模组过充热失控实验平台，在预制舱内从电压、外形、温度、产气等角度，对8.8kWh电池模组的热失控过程及气体爆炸过程进行分析。实验结果说明，仅单个电池模组在热失控发展过程中所产生的可燃气足以引起爆炸事故;混合可燃气主要成分为汽化电解液;热失控发展过程中的内短路现象将显著提高电解液的汽化速率。 在电池模组实验分析的基础上，利用有限元分析软件分别建立单层预制舱式储能电站以及双层预制舱气体爆炸模型，研究了在单个电池模组所产生的可燃气及中心处起爆等条件下的典型爆炸过程。单层预制舱仿真结果说明，爆炸后舱内温度峰值可达2000K以上，相邻舱室内部存在直接受到高温甚至火焰影响的可能性;双层预制舱仿真结果说明，底层中心起爆后，顶层舱内温度峰值可达1000K以上，顶层舱内超压峰值可达底层峰值的0.7倍。 对单层储能舱的不同起爆条件进行敏感性分析，研究了不同泄压板开启压力、可燃气浓度以及起爆点下的爆炸特性。仿真结果表明，舱内超压峰值与泄压板开启压力呈正相关;汽化电解液体积分数为14％时舱内爆炸威力最强;双侧舱门式预制舱中不同起爆点的超压峰值变化区间为1～1.5倍舱门开启压力;并基于以上研究提出通过加装隔离板等预制舱式储能电站安全防护策略。 对双层储能舱不同起爆点下的舱体之间互相影响特性进行分析，并从爆炸角度分析其结构可行性。仿真结果说明，底层起爆后相邻舱内温度峰值可达1000K以上，其中底层舱门远端起爆时舱内存在未燃区;顶层起爆后相邻舱内温度可达600K，其中舱门远端起爆时对相邻舱的高温影响相对较小;以上研究表明当前的双层舱结构可行性不高。
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