一、选题背景与意义

（一）选题背景

随着全球对清洁能源的需求不断增加，锂电池储能系统作为一种高效的能量存储解决方案，在电力系统、可再生能源消纳等领域得到了广泛应用。锂电池储能舱作为锂电池储能系统的核心组成部分，是将多个锂电池模组集中放置在一个封闭或半封闭的空间内。然而，锂电池在使用过程中存在热失控的风险。热失控是指锂电池由于内部短路、过充、外部加热等原因，导致电池内部温度急剧升高，引发一系列放热反应，最终使电池失去控制的现象。热失控一旦发生，不仅会导致电池性能下降、寿命缩短，还可能引发火灾和爆炸等安全事故，严重威胁人员和设备的安全。

在锂电池热失控过程中，会产生大量的可燃气体，如氢气、一氧化碳、甲烷等。这些可燃气体在有限的储能舱空间内积聚，当达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。为了防止爆炸事故的发生，通常需要在储能舱内设置通风系统，及时将热失控产生的可燃气体排出舱外，降低舱内可燃气体的浓度。然而，目前对于锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积之间的定量关系缺乏深入研究，导致通风系统的设计缺乏科学依据，难以保证储能舱的安全运行。

（二）选题意义

本研究旨在通过理论分析、实验研究和数值模拟等方法，深入研究锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积之间的定量匹配关系，为锂电池储能舱通风系统的设计提供科学依据。具体意义如下：

1. 提高锂电池储能系统的安全性：通过合理设计通风系统，及时排出热失控产生的可燃气体，降低舱内可燃气体的浓度，避免爆炸事故的发生，保障人员和设备的安全。

2. 优化储能舱的设计：明确产气速率与通风面积的定量关系，有助于优化储能舱的结构设计和通风布局，提高通风效率，降低通风能耗。

3. 推动锂电池储能技术的发展：本研究成果将为锂电池储能系统的安全运行提供技术支持，促进锂电池储能技术的大规模应用和发展。

二、研究目标与内容

（一）研究目标

本研究的主要目标是建立锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型，确定不同工况下的最佳通风面积，为锂电池储能舱通风系统的设计提供科学依据。具体目标如下：

1. 研究锂电池热失控产气的机理和规律，建立产气速率的预测模型。

2. 分析通风系统对储能舱内可燃气体浓度分布的影响，建立通风效果的评价指标。

3. 建立锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型，通过实验和数值模拟验证模型的准确性。

4. 根据定量匹配模型，确定不同工况下的最佳通风面积，为通风系统的设计提供参考。

（二）研究内容

为了实现上述研究目标，本研究将主要开展以下几个方面的工作：

1. 锂电池热失控产气机理研究：通过文献调研和实验分析，研究锂电池热失控的发生过程和产气机理，确定热失控产气的主要成分和影响因素。

2. 产气速率预测模型的建立：基于实验数据和理论分析，建立锂电池热失控产气速率的预测模型，考虑电池类型、热失控触发条件、环境温度等因素的影响。

3. 通风系统对可燃气体浓度分布的影响研究：采用数值模拟和实验相结合的方法，分析通风系统的通风方式、通风量、通风口位置等因素对储能舱内可燃气体浓度分布的影响，建立通风效果的评价指标。

4. 定量匹配模型的建立与验证：综合考虑产气速率和通风效果，建立锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型。通过实验和数值模拟对模型进行验证和优化。

5. 最佳通风面积的确定：根据定量匹配模型，分析不同工况下的产气速率和通风要求，确定最佳通风面积，并提出通风系统的设计建议。

三、研究方法与技术路线

（一）研究方法

本研究将综合运用理论分析、实验研究和数值模拟等方法，深入研究锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配关系。具体方法如下：

1. 理论分析：通过查阅文献和理论推导，分析锂电池热失控的发生过程和产气机理，建立产气速率的理论模型。同时，运用流体力学和传热学等理论知识，分析通风系统对储能舱内可燃气体浓度分布的影响。

2. 实验研究：搭建锂电池热失控实验平台，模拟不同工况下的锂电池热失控过程，测量热失控产气的成分和速率。同时，搭建储能舱通风实验平台，研究通风系统的通风效果和可燃气体浓度分布规律。

3. 数值模拟：采用计算流体力学（CFD）软件，对锂电池储能舱内的热失控产气和通风过程进行数值模拟。通过模拟不同工况下的产气速率和通风条件，分析储能舱内可燃气体的浓度分布和流动规律，验证和优化定量匹配模型。

（二）技术路线

本研究的技术路线如下：

1. 文献调研：查阅国内外相关文献，了解锂电池热失控产气机理、通风系统设计等方面的研究现状和发展趋势，确定研究的切入点和重点。

2. 实验设计与实施：设计锂电池热失控实验和储能舱通风实验方案，搭建实验平台，开展实验研究，获取实验数据。

3. 模型建立与验证：基于实验数据和理论分析，建立锂电池热失控产气速率预测模型和通风效果评价指标，进而建立定量匹配模型。通过实验和数值模拟对模型进行验证和优化。

4. 结果分析与应用：分析定量匹配模型的计算结果，确定不同工况下的最佳通风面积，提出通风系统的设计建议。将研究成果应用于实际工程中，进行工程验证和反馈。

四、预期成果与创新点

（一）预期成果

1. 建立锂电池热失控产气速率的预测模型，能够准确预测不同工况下的产气速率。

2. 建立锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型，为通风系统的设计提供科学依据。

3. 确定不同工况下的最佳通风面积，提出通风系统的设计建议，提高锂电池储能舱的安全性和通风效率。

4. 发表相关学术论文，申请专利，为锂电池储能技术的发展提供技术支持。

（二）创新点

1. 综合考虑多因素影响：本研究综合考虑锂电池类型、热失控触发条件、环境温度等多种因素对产气速率的影响，建立更加准确的产气速率预测模型。

2. 建立定量匹配模型：通过理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，建立锂电池储能舱热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型，填补了该领域的研究空白。

3. 提出优化设计方案：根据定量匹配模型，提出不同工况下的最佳通风面积和通风系统设计方案，为锂电池储能舱的安全设计和运行提供了创新思路。

五、研究计划与进度安排

本研究计划分为四个阶段，具体安排如下：

1. 第一阶段：文献调研和理论分析。查阅国内外相关文献，了解锂电池热失控产气机理、通风系统设计等方面的研究现状和发展趋势。开展理论分析，建立锂电池热失控产气速率的理论模型。

2. 第二阶段：实验研究。搭建锂电池热失控实验平台和储能舱通风实验平台，开展实验研究，测量热失控产气的成分和速率，研究通风系统的通风效果和可燃气体浓度分布规律。

3. 第三阶段：数值模拟和模型建立。采用 CFD 软件对锂电池储能舱内的热失控产气和通风过程进行数值模拟，分析储能舱内可燃气体的浓度分布和流动规律。基于实验数据和数值模拟结果，建立锂电池热失控产气速率与防爆通风面积的定量匹配模型，并进行验证和优化。

4. 第四阶段：结果分析和应用。分析定量匹配模型的计算结果，确定不同工况下的最佳通风面积，提出通风系统的设计建议。将研究成果应用于实际工程中，进行工程验证和反馈。撰写研究报告和学术论文，申请专利。

六、研究的可行性分析

（一）理论基础可行

本研究涉及锂电池热失控机理、流体力学、传热学等多个学科领域的知识。国内外在这些领域已经开展了大量的研究工作，取得了丰富的研究成果，为本次研究提供了坚实的理论基础。

（二）实验条件可行

本研究需要搭建锂电池热失控实验平台和储能舱通风实验平台。目前，实验室具备开展相关实验的设备和条件，如电池充放电设备、温度传感器、气体分析仪、通风设备等，能够满足实验研究的需求。

（三）技术手段可行

本研究采用的理论分析、实验研究和数值模拟等方法都是成熟的研究方法。实验室拥有专业的研究人员和先进的计算软件，具备开展数值模拟和数据分析的能力，能够保证研究工作的顺利进行。

（四）团队能力可行

研究团队由具有丰富科研经验的教师和研究生组成，团队成员在锂电池储能技术、安全工程等领域具有扎实的专业知识和研究能力，能够承担本研究的各项任务。