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锂离子Discover蓄电池储能舱氢气扩散行为及探测器安装优化
H 2 和 CO 被视为防备电池热失控事故的有用前期安全预警气体。但是，储能体系中的散热体系和电池密集堆积导致特征气体的分散行为变得复杂。探测器的装置方位明显影响气体检测时刻。咱们通过试验和仿真开展了气体分散行为研讨，并提出了一种检测方位优化办法。仿真的气体预警有用性和精确性得到了试验验证。成果表明，在舱顶装置 H 2 探测器可在热失控发生前 145 秒宣布预警。为了缩短检测时刻，咱们进行了近百次气体分散仿真。利用整数规划探索了探测器装置战略；成果显现，在舱内装置 3–5 个探测器为最佳方案。装备三个探测器时的检测时刻比单个探测器缩短了 116.43 秒。试验和仿真成果表明，该办法为储能舱前期安全预警供给了一种有用的气体探测器装置手法。
引言
近年来，能源多元化和低碳需求推动了battery energy-storage systems (BESS)的开展。在很多储能技术中，lithium-ion batteries (LIBs)因其高输出电压、高能量密度和长循环寿数而被广泛应用于BESS [1], [2], [3]。
但是，LIBs首要运用易燃的有机电解质[4]。电解质的反响活性导致电池安全性较差[5],[6],[7]。近年来，发生了多起由LIBs热失控（TR）引发的安全事故。2021年7月，澳大利亚的一座储能站发生火灾并继续燃烧了四天。由于电池的不一致性以及对资料利用率的重视，单体电池过充问题逐渐凸显。每个储能舱的电池容量规划约为2–4 MWh。一旦电池达到TR状态，它会将热量传递给相邻电池，从而引发火灾和爆炸[8],[9]。
及时预警电池TR至关重要。在当时的储能体系中，TR预警一般根据表面温度和电压[10]。但是，表面温度无法精确反映内部温度，特别是在大电流场景和强制散热场景下[11]。内部温度丈量首要依靠于植入式传感器或电化学阻抗谱（EIS）[12]。植入式传感器可以精确丈量内部温度并具有耐腐蚀涂层[13]。电池内部的腐蚀会明显下降传感器寿数[14]并破坏电池的气密性。EIS以无损方式预算内部温度[15]。但是，它依靠高精度丈量设备。此外，设备的装置办法会影响EIS丈量成果和温度预算成果。
TR警告也根据声响、气压和气体。Su提出了一种根据安全阀敞开时声信号辨认的TR警告办法。该办法成本较低，且精确率达到92.31 % [16]。但是，它无法避免漏报问题。Chen在密闭容器中加热电池并监测气压。成果表明，气压可以在温度快速升高（TR）之前作为一种预警目标 [17]。但是，强制风冷场景下前期预警的牢靠性仍需进一步验证。
当LIB被乱用时，内部会发生很多特征气体（空气中不存在）。因而，气体预警体系会愈加牢靠。Fernandes继续提取过充电池发生的气体，发现首要成分为CO₂、H₂、C₂H₄和CO [18]。在过充试验中测得的气体组成与电池过充时的过热试验相似。Golubkov加热不同SOC的电池（LPF正极）以研讨排气成分。随着SOC添加，H₂的百分比也随之添加。
在电池过充试验中，Koch发现气体传感器比烟雾、应变和压力传感器更早预测到TR[19]。Cai运用CO₂作为气体排放事件的目标，由于H₂和CO在不同测验条件下缺少一致性[20]。储能舱未移动，且其环境温度坚持稳定。因而，电池组较不易发生热乱用和机械乱用。舱内电池数量庞大，导致电池间存在明显的不一致性，从而引发过充问题[21],[22]。H₂在过充前期阶段（即微量Li枝晶析出时）就会发生[23]。在电池过充毛病中，H₂出现得更早，且含量高于CO、C₂H₄等[18]，使其更适合用于TR预警。
这些研讨从产气角度证明了气体报警的有用性。但是，仍需解决以下理论空白：储能舱内的气体分散行为与气体报警有用性，以及气体探测器的装置战略必须得到研讨。本研讨通过结合储能舱内的气体分散试验与有限元模拟剖析来添补这一空白。该研讨成果可为储能舱内气体探测器的数量及装置方位供给指导。