爆炸功率和自身质量对锂离子邱健蓄电池储能站所用泄压板排气效率的影响

锂离子电池广泛运用于储能范畴。但是，电池在热失控事件中产生的可燃气体或许导致爆破。最新的NFPA 855–2023要求容量大于20 kWh的锂离子储能站（Li-BESS）有必要安装防爆装置。泄压板是Li-BESS的首选保护装置。在本研讨中，推导了泄压板的运动方程。建立了装备高速数据收集体系的测试平台。结果表明，爆破功率和泄压板质量是影响排气功率的两个首要要素。跟着爆破功率增加，排气功率逐步下降，在氢气浓度为23%时仅到达50%。减小泄压板质量可以提高排气功率。在开启过程中，存在一个使产气速率与排气速率到达平衡的视点，此刻内部压力到达峰值。更大的爆破功率需要更大的平衡角，而增加的质量会导致加速度下降。这些要素使得泄压板需要更多时刻才能到达平衡角。因而，焚烧产物无法及时排出，导致内部压力更高，最终下降了排气功率。

导言

电化学储能技能已广泛运用于国家级电网储能，增强了电网体系的安全性和稳定性，并促进了可再生能源的扩展[1]。在这些技能中，锂离子电池储能站因其高功能和高性价比而逐步占有主导地位[2]。目前，为了追求更大的装机容量和更好的环境适应性，很多电池和电气设备被密布安装在狭小空间内[3]，这使得电池更容易产生过热和火灾隐患[4]。一旦产生热失控，锂离子电池会产生很多易燃气体[5]。这些气体或许会在Li-BESS内部积累，一旦遇到点火源，或许导致严重的爆破[6]。
根据统计数据，2011年至2021年间全球共产生32起Li-BESS火灾和爆破事端[7]。2017年，比利时布鲁塞尔的一处测试场产生了一起Li-BESS火灾事端[8]。2018年，韩国忠清北道一家水泥厂因Li-BESS火灾事端遭受超越300万美元的丢失，这是当年韩国陈述的第15起Li-BESS火灾[9]。2017年，一列装载锂离子电池的火车在德克萨斯州休斯顿产生爆破，导致500英尺外建筑物的窗户被震碎[10,11]。2019年4月，美国亚利桑那州皮奥里亚市由APS布置的一座电池储能站产生火灾。打开隔室门时产生了爆破，导致8名消防员受伤[12]。2021年4月16日，北京大红门储能站产生爆破，形成两名消防员和一名工作人员丧生[13]。Li-BESS事端不只对生命财产安全构成严重威胁，还形成了晦气的社会影响，严重阻碍了储能技能的广泛运用。
因为制作缺陷、热乱用、电乱用及其他要素，锂离子电池容易产生热失控。多项相关研讨[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]表明，虽然电池产生的可燃气体成分和比例因其类型、荷电状态（SOC）以及热失控形式而异，但总体上首要观察到氢气、一氧化碳、二氧化碳以及各种碳氢化合物（如甲烷和丙烷）。这些气体在储能站内积累，而且如前所述，在存在点火源的情况下，会引发火灾和爆破事端。跟着Li-BESS的运用和装机容量迅速扩展，安全指标日益受到重视，相关规范也逐步出台。NFPA 1–2018[20]引入了建筑内Li-BESS安装的安全要求。根据最新的NFPA 855–2023[21]，容量超越20 kWh的Li-BESS有必要装备排气装置。
防爆泄压板最初用于粉尘爆破安全，因其结构简略且可靠性高，在化学加工、食物加工和金属加工职业得到了广泛运用[[22], [23], [24]]。如今它们也被运用于Li-BESS的防护体系中。前期关于防爆泄压板的研讨首要集中在根据动态核算来确认所需的泄压面积[[25], [26], [27]]，而忽略了面板本身的泄压功率。此外，一些研讨[[28], [29], [30]]提醒了湍流与泄压功率之间的联系。同时，针对安装方位[31,32]和所用材料[[33], [34], [35]]也进行了优化研讨。
跟着防爆泄压板在气体爆破防护中的运用日益广泛，相关研讨也开始涌现。Bauwens在一个矩形空间内对浓度规模为12%至19%的氢气泄压进行了实验，剖析了泄压面积与下降爆破超压之间的联系[36]。Guo研讨了决裂压力对1立方米矩形容器中氢气-空气预混火焰传达及压力的影响，并剖析了压力波动的成因[37]。Bala探讨了气体爆破泄压规范中的通风规划与混合反应性[38]。Xing运用带有障碍物的小型矩形容器进行了实验，研讨了氢气浓度和薄膜厚度对排爆的影响[39]。核算流体力学也被运用于防爆泄压研讨中。Jingde提出了一种根据FLACS的甲烷爆破核算模型，与传统办法比较愈加简便快捷[40]。Lei针对矩形容器中防爆泄压开启时刻对氢气爆破的影响开展了仿真研讨，包含其对最大压力、二次爆破和火焰速度等要素的影响[41]。
上述研讨为防爆泄压板的规划与运用提供了实践参阅；但是，针对Li-BESS定制的防爆泄压板研讨依然相对匮乏。因为Li-BESS存在爆破风险，其场地通常位于室外，远离城市或居民区[42]。因而，与常用产品不同，用于Li-BESS的面板有必要满足防尘、防水、隔热和阻燃等要求。因而，它们需要重新规划结构，且其泄压功能也或许随之改变。