来源：快猛电池 发布日期：2026-05-29 13:34:13

电池簇是电池储能电站(BESS)的中心组件，负责电能的存储与供应。可是由于热失控(TR)进程中会发生高温烟雾和可燃性气体，这些电池簇对BESS构成潜在安全隐患。本研讨全面调查了两个工业级电池簇的热失控传达与燃烧行为，每个电池簇部分装备104个额定容量314Ah的方形电池，并悉数充电至100%荷电状况。当电池模组内发生热失控传达并引发火灾时，温度会敏捷飙升至1000°C以上。受高温烟气和喷发火焰发生的巨大热通量影响，相邻电池模组及周围环境温度急剧上升，对BESS构成严峻安全要挟。气体分析成果标明，热失控进程中会开释许多可燃气体，首要包括一氧化碳(CO)、氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烯(C2)、碳酸二甲酯(C4)、碳酸甲乙酯(C3)。本研讨提示了实践电池簇的具体热失控传达行为与热辐射危害，为选用磷酸铁锂电池的储能系统早期预警机制及安全结构优化设计供应了重要参阅依据。6O3), ethyl methyl carbonate (C4H8O3). This study reveals the detailed TR propagation behavior and thermal radiation hazards of practical battery clusters, contributing valuable insights for early warning systems and safety structure optimization designs for BESS utilizing LFP batteries.
跟着气候变化日益严峻及全球能源需求继续快速增长[1][2]，清洁可再生能源技术的研发进程正在加速推进。电池储能系统（BESS）在平抑可再生能源波动、削峰填谷以及调频调压方面展现出明显优势。锂离子电池（LIBs）凭仗其高能量密度、长循环寿数和环境友好特性[3][4][5]，在电池储能系统（BESS）中获得了广泛运用。磷酸铁锂（LFP）电池已成为电池储能系统（BESS）的干流选择，其具备优异的电化学性能、良好的热稳定性以及长循环寿数[6][7]。可是跟着BESS的广泛运用，锂离子电池热失控引发的火灾事端频发。2021年4月，我国北京某BESS因电池短路导致热失控事情，开释的可燃气体遇电火花引发爆燃，终究构成严峻爆炸事端。2024年5月，美国加州Gateway BESS发生火灾，继续燃烧逾一日并发生许多有毒烟雾和氢气。此类频发的火灾爆炸事端引发大众对电池安全性的忧虑，阻碍了锂离子电池在储能电站的大规模运用。
磷酸铁锂电池因其循环寿数长、成本低、热稳定性高及环境友好等优势，被广泛运用于电池储能系统(BESS)中[8]。单体电池的热失控(TR)被公认为系统级毛病的潜在诱因。许多研讨标明，单体电池的热失控机制广泛被认为是经过一系列放热链式反应触发，并分三个阶段进行[9][10]。在初始阶段，内部温度升高导致固体电解质界面相（SEI）膜分化，引发负极与电解质之间的反应[11]。跟着温度继续攀升，电池内部隔膜发生明显熔融和塌陷，当正负极接触时或许构成内部短路（ISC）。ISC会快速开释电池贮存的电化学能，导致温升速率急剧增加[12][13]。随后，电池的阴极、电解质及其他组件敏捷分化，开释许多热量[14]。为阐明电池的放热反应与热失控（TR）特性，研讨选用先进的热分析装备，如加速量热仪（ARC）[15]、差示扫描量热仪（DSC）[16]、泄压规范包2（VSP2）[17]及C80微量热仪[18]。此外，电池的灾难性成果与其燃烧行为及热失控进程中可燃有毒气体的生成密切相关。现在，点评不同规范电池燃烧行为的首要检验技术包括锥形量热仪[19][20]、ISO 9705全规范房间火灾检验装备[21]、UL9540A TR火灾检验系统[22]以及其他克己量热仪[23][24]。经过这些技术可获取电池燃烧进程中的温度、电压、热开释率（HRR）以及气体生成等参数。从电池中开释的大部分气体具有毒性和可燃性。电池的燃烧特性与火灾危险性与其热失控（TR）进程中开释的气体成分密切相关。傅里叶变换红外气体分析仪（FTIR）[25][26]、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）[27][28]被广泛用于辨认电池热失控时开释的气体组分。逸出气体的成分及比例受电解液[29]、正极资料[30]、荷电状况（SOC）[31][32]、乱用条件[33][34]等要素影响。
锂离子电池组模块在储能系统(BESS)中得到了广泛运用。在BESS运转进程中，反复的充放电循环会在电池单体内部发生热量并影响相邻单体。过热或许触发一个或多个单体的TR，这种热量会传达至相邻单体，引发TR的连锁反应。跟着单体容量增加和模块规模扩展，BESS面对着更高的热失控危险。锂离子电池模块中TR的传达现象已引起明显重视，相关研讨首要经过实验和模拟办法打开。Hu等[35]发现电池模块中的TR传达在高充电速率条件下表现出明显的加速效应及开始温度提早现象。Meng等学者则别离研讨了放电速率[36]和环境温度[37]对锂离子电池模块TR传达特性的影响。研讨成果标明，放电速率的进步会明显降低TR（热失控）强度，而环境温度的上升则会明显加速TR传达。此外，电气联接办法也会影响电池模组中TR的传达速度。在BESS（电池储能系统）运用中，电池包一般由多个单体电池经过串并联装备组成，以满意系统所需的容量和电压。Zhou等研讨者[38] 深化根究了并联电池数量对TR演化机制的具体影响。研讨发现，当并联电池数量超过两个时，TR现象会明显提早发生，而电池间传递的电能被认为是导致该加速现象的首要原因。Zhao等学者[39] 对比分析了串联、并联及混联装备下循环老化电池模组的TR特性。成果标明，平行模块的最高温度明显高于其他两种联接方法，且其TR（热失控）传达速率最快，循环老化进一步加重了这一现象。此外，许多研讨致力于根究电池间距[40]、厚度[41]、摆放办法[42]以及隔热资料[43]等要素对电池TR传达的影响。
虽然在了解电池单体及模组规范的热失控（TR）行为方面已获得明显开展，工业电池储能系统（BESS）运用中大规范电池簇的共同传达特性仍未得到充分阐明。现在，研讨者已在多模组和机架层级打开了热失控传达研讨，为大规模储能系统的热安全研讨奠定了坚实的理论与实验根底。Ditch等研讨人员[44]针对选用两种不同正极化学系统的储能系统，打开了一系列从小型到大型系统层级的多规范敞开燃烧实验。其研讨成果标明，单个模组内引发的燃烧足以点燃同一储能机架内的全部其他模组。Gagnon等学者文献[45]研讨了热失控（TR）在两层堆叠式工业模组中的传达与火焰生成机制，指出模组间热失控传达首要取决于塑料支架发生的燃烧射流与热解火焰，而金属外壳的导热作用相对非必须。可是该研讨未对热失控事情中开释气体的成分与浓度进行具体分析。在实践电池储能系统（BESS）运用中，电池模组以集群方法分层排布，其火灾传达行为更为凌乱。Zhou等学者的研讨标明...[46]研讨了两层电池模块中热失控（TR）的水平缓垂直传达特性。他们发现初始热失控会先水平涣散至相邻电芯，随后垂直向上层电芯传递，此时上层电芯几乎一起发生热失控并伴随剧烈燃烧现象。Gao等[47]分析了电池储能系统（BESS）中火焰延伸对热失控垂直传达的影响，指出火焰延伸主导了热失控传达途径，且电池火灾期间的对流换热构成了垂直传达的首要热源。Wang等[48]根究了磷酸铁锂（LFP）电池在实践BESS场景中的多维火灾传达行为，并对热失控传达进程的热量进行了定量核算。可是对于大型BESS电池模块而言，垂直方向热失控传达进程中何种传热方法占主导地位仍不清晰。
电池集群热失控行为研讨对于保证电池储能系统的热安全性至关重要。可是，该领域仍面对重大挑战。由数百至数千个严密摆放且间隙细小的单体电池构成的电池集群，其瞬时传热与空间非均匀性更为明显，一起由于单体不一致性导致的部分热量积累危险更高。当时模块及机架层级的热失控研讨首要集合于微观特征与全体彼此作用方法。这导致难以提示热失控的微观扳机途径与部分传达机制。此外，部分温度、热通量及燃料费组分会在毫秒时间规范上发生瞬态变化，但针对其部分热特性与产气特征的系统性研讨仍显缺乏。因此，亟需打开更深化的研讨以填补这一学术空白。
本研讨旨在进步对多模块电池簇中热失控(TR)传达与燃烧行为的了解。咱们根究了初始热失控模块的演化进程，以及从单体电池到模块再到电池簇的三阶段热失控传达机制。经过加热实验分析了表面温度、电压、热通量、燃烧行为、热开释率(HRR)及热失控传达机制。定量确认了热失控传达的临界热通量阈值，并表征了相邻舱壁所受的热冲击效应。选用复合式燃料费分析仪，咱们辨认了热失控（TR）进程中的燃料费组分及产率，点评了混合燃料费的爆炸下限（LFL），并提示了爆炸危险。这些发现阐清楚电池储能系统（BESS）在模组和集群层面的热失控灾祸机制与燃料费爆炸危害。研讨成果填补了热失控传达与爆炸危险点评领域的常识空白，为BESS安全结构设计与防爆防火技术研发供应了理论支撑。