在當今倡導低碳的社會背景下，在追求碳達峰、碳中和的時代潮流下，新能源在我國乃至全世界范圍內(nèi)快速發(fā)展

，受關(guān)注度也越來越高。隨著新能源理念的傳播，電動汽車也得到了迅猛發(fā)展

，作為電動汽車動力源的鋰離子電池也成為了廣大學者討論和研究的熱點。與此同時，鋰離子電池所帶來的安全問題也隨之凸顯，目前，對于鋰離子動力電池熱失控防護技術(shù)的研究是汽車領(lǐng)域的熱點問題

，也是能源領(lǐng)域的重點問題。有效且合理的動力電池熱失控排氣方案不僅可以降低電動汽車失事風險，而且還能維護人類生命安全，提升電動汽車駕駛安全性。

三元鋰離子電池具有能量高、大倍率充放電性能好等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域

，但三元鋰離子電池更易發(fā)生熱失控，且熱失控時會產(chǎn)生大量可燃性氣體

。如果無法快速將氣體從電池包內(nèi)部排出，導致氣體在電池包內(nèi)部的堆積，隨著熱失控電池溫度的升高，隨時會發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故

?，F(xiàn)階段有許多對動力電池熱失控及熱擴散管理的研究，但針對動力電池排氣后氣體在電池包內(nèi)部擴散特性的研究較少。王賀武等

采用高速攝影方法，觀測到鋰電池初次噴發(fā)和二次噴發(fā)的形狀。郭志慧等

對高鎳三元鋰離子電池做了加熱熱失控實驗并收集了熱失控排出的氣體，測得了爆炸極限值和火焰溫度等數(shù)據(jù)，揭示了其火災爆炸危險程度。Golubkov 等

利用ARC 和氣相色譜儀(GC)測得熱失控噴射氣體主要由CO、CO

和H

組成。美國國家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)的研究人員Yuan等

用ARC對不同電化學成分的鋰電池做了熱失控實驗，并用GC分析了熱失控氣體成分和濃度。Kim 等

研究了發(fā)生熱失控的18650 鋰離子電池的排氣、內(nèi)部壓力和氣相動力學行為，發(fā)現(xiàn)氣體的傳播受SOC(荷電狀態(tài))影響很大，同時指出電池熱失控過程中噴射主要以第二次噴射為主。Chen 等

利用自制半封閉空間裝置測試了鋰離子電池熱失控時氣體噴射的沖擊壓力和傷害特性，揭示了鋰電池氣體噴射時壓力變化特征和溫度變化率。目前，廣大學者對鋰離子電池熱失控排氣的研究多集中于分析噴射氣體的成分、濃度、有害性和噴射造成的應(yīng)力應(yīng)變，且大多研究都是圓柱形電池，對方形電池熱失控時噴射氣體在電池包內(nèi)部的擴散情況研究較少。在工程實踐中，不論是電化學儲能還是電動汽車領(lǐng)域，研究噴射的氣體在整個電池包內(nèi)部的擴散情況，掌握氣體傳播規(guī)律，明確氣體排出電池包外部所用時間，確定電池包最優(yōu)排氣方案，對于促進鋰離子電池的發(fā)展和提升現(xiàn)代新能源工程的安全可靠性有重要意義。

本文所涉及的研究采用CONVERGE 的CFD代碼執(zhí)行，對100%SOC狀態(tài)下方形三元鋰電池做電池包級別模擬仿真，電芯和電池包均采用1∶1的比例深度還原實際工況，探究噴射氣體在整個電池包內(nèi)部的擴散規(guī)律和在電池包排氣口處的流速和堆積情況，以及噴射氣體在電池包內(nèi)部的殘余量，為鋰離子電池使用中分析熱失控氣體傳播規(guī)律、明確噴射的總混合氣的流動與流出電池包的情況、制定合理的電池包排氣方案提供參考。

1 模型建立與方案設(shè)定

1.1 控制方程

CONVERGE 中流體流動的動力學由描述質(zhì)量、動量和能量守恒的方程控制，在輸入的求解器設(shè)置模塊可以指定求解的方程，每個守恒方程可以單獨求解，也可以與其他方程組合求解，此外，還可以指定模擬中的流體是可壓縮還是不可壓縮的，本次仿真中選擇可壓縮的氣體。

新型城鎮(zhèn)化視角下產(chǎn)城融合發(fā)展水平及影響因素研究——以新疆為例……………………………………………………………………李豫新，鄭李昂，等（6）：27

CONVERGE的CFD代碼模擬時主要的控制方程有：

人天一現(xiàn)優(yōu)曇花，世間草木紛凡葩。 青松紅杏亦偶寄，古寺久矣棲青霞。 百年妙跡勝詞翰，幾人密諦參云伽。[10]

從表2可以看出，獎學金對86.41%的大學生的學習動機有激勵作用，且有46.74%的學生認為獎學金對激勵其學習有很大作用，說明獎學金的設(shè)置很有必要，對大學生的學習和成長都有很大作用。

為研究熱失控電芯噴射氣體在電池包內(nèi)部的擴散和在電池包排氣口處的變化規(guī)律，以及氣體在電池包內(nèi)部的堆積情況，本次仿真選用四種方案來具體觀測。如圖3 所示，方案1 中設(shè)置1 個位于電池包箱體底槽后側(cè)的排氣口；方案2也設(shè)置一個排氣口，位于電池包箱體蓋板側(cè)面，與方案1 作對比；方案3設(shè)置兩個排氣口，分別位于電池包箱體底槽左后側(cè)和右后側(cè)；方案4同時也設(shè)置兩個排氣口，分別位于電池包箱體蓋板的左側(cè)和右側(cè)，與方案3作對比。各方案排氣口參數(shù)見表1。

1.2 物理模型

從圖6 可以觀察出，在第一次氣體噴射階段，入口邊界設(shè)置相同的條件下，方案4在電池包排氣口處有最大的氣體流出量，方案2有最大的氣體回流量，方案4伴隨著最快的回流現(xiàn)象消失，即最快達到內(nèi)外平衡狀態(tài)。在第二次氣體噴射階段，四種方案在出口處氣體流量變化趨勢相同，雖然四種方案峰值接近，但是方案2流量峰值要略高于其他方案，結(jié)合圖4(d)可以發(fā)現(xiàn)，方案2 中標記氣體在電池包內(nèi)部擴散較慢，所以在二次噴射后，方案2相比于其他方案更容易產(chǎn)生標記氣體堆積，結(jié)果導致出口處的標記氣體質(zhì)量流量峰值要略高于其他方案，但這只是氣體擴散中期產(chǎn)生的現(xiàn)象，在仿真結(jié)束時的后期結(jié)果并非如此。

信息協(xié)調(diào)是基于BIM技術(shù)信息交互平臺的建立而實現(xiàn)的。建筑施工過程中，工程任務(wù)量大、建設(shè)工期緊是其主要的特征所在；這對于建筑工程項目的部門溝通、專業(yè)溝通和節(jié)點溝通提出了較高要求。傳統(tǒng)信息管理模式中，其信息交互的過程具有滯后性，繁瑣的數(shù)據(jù)傳達方式使得數(shù)據(jù)殘缺、數(shù)據(jù)錯誤的現(xiàn)象廣泛存在，其嚴重影響了工程建設(shè)的效率和質(zhì)量。在BIM技術(shù)體系下，建設(shè)單位、施工單位、業(yè)主等信息交互方俱被納入統(tǒng)一的管理平臺，其實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的高度共享與利用，有效的避免了信息溝通不到位而造成的施工質(zhì)量問題。

模型的網(wǎng)格策略如圖2 所示，本模型采用的基礎(chǔ)網(wǎng)格尺寸為d

、d

、d

：90 mm、78 mm、125 mm，總網(wǎng)格數(shù)27604，并在重要流動區(qū)域啟動網(wǎng)格加密策略，包括局部固定嵌入和自適應(yīng)網(wǎng)格細化，以此來確保模擬精度。

1.3 方案設(shè)定

除此之外，CONVERGE 還包含幾種類型的湍流模型，包括雷諾平均N-S 方程(RANS)、大渦模擬和分離渦模擬，本次仿真采用RANS湍流模型進行求解。

其中，

是速度；

是密度；

是組分密度；

是組分m 的質(zhì)量分數(shù)；

是質(zhì)量擴散系數(shù)；

是源項。

采用美國GE公司 Volusion E8型彩色多普勒超聲診斷儀，探頭選用經(jīng)腹二維超聲探頭C1-5-D，頻率：3～5MHz、經(jīng)腹三維容積探頭RAB4-8-D，頻率4～8MHz。

1.4 邊界條件

本次仿真采用基于雷諾平均N-S 方程的RNG k-

模型來模擬氣體流動過程，熱失控電芯排氣閥設(shè)置為入口邊界條件，為了最大程度還原鋰離子電池熱失控過程氣體噴射情況，速度采用自定義質(zhì)量流量速度邊界，即噴射過程分為兩段，第一段噴射為0.02 s左右的時間間隔，噴射產(chǎn)物主要為電解質(zhì)受熱分解后的氣態(tài)物

，第二段噴射為14 s左右的時間間隔，噴射物為電芯熱失控后內(nèi)部化學反應(yīng)產(chǎn)物，主要氣體為CO

、CO。介于目前國內(nèi)外對方形電池熱失控氣體噴射規(guī)律研究有限，上述入口邊界條件處的質(zhì)量流量借鑒參考文獻[14]。溫度邊界條件為300 K，除此之外，還定義了組分邊界條件，在組分邊界條件中定義了熱失控電芯噴射氣體中各組分的質(zhì)量分數(shù)

，見表2。為了清楚地觀測到總噴射氣體從排氣閥噴出后在電池包內(nèi)部的總體擴散情況，在計算時，對總氣體進行標記。將電池包排氣口設(shè)置為出口邊界條件，出口處速度由軟件自動擬合，同時，為了最大程度模擬現(xiàn)實工況，在出口處設(shè)置回流。仿真中應(yīng)用的模型見表3。

2 熱失控電芯噴射及氣體擴散過程仿真

本次熱失控電芯噴氣仿真總時間為90 s，包括第一次噴氣的10.7～10.72 s 時間間隔和第二次噴氣的37.7～52.2 s時間間隔，第一次噴射持續(xù)時間過短，主要研究第二次噴射階段，觀測標記的總氣體的擴散過程，具體過程參見圖4和圖5。

6.5m～6.8m標高親水平臺受風浪侵蝕概率大，同時該平臺作為親水步道，要求護坡結(jié)構(gòu)耐久性好，且平整度高。因此，采用耐久性好，強度高、美觀性優(yōu)、厚度大的砌條石護坡。

從圖4(a)、4(d)可以看出，在熱失控電芯第二次開始噴射后4.3 s 時，方案1 中熱失控電芯噴射出的氣體已經(jīng)從電芯側(cè)面的排氣閥處擴散至電池包箱體蓋板內(nèi)部，并沿著蓋板向周圍散開，方案2中的氣體在同一時刻升至蓋板處的量要比方案1 的少，且擴散至蓋板頂部氣體的質(zhì)量分數(shù)要比方案1的低。從圖4(b)、4(e)可以看出，在第二次開始噴射后22.3 s時，方案1中氣體已經(jīng)擴散至整個電池包，只有電池包內(nèi)部左上側(cè)部分空間氣體的量較少，因為標記氣體正在從右后側(cè)排氣口往外排，與此同時，方案2中上半部分也被大量氣體填充，但是右下側(cè)可以明顯看到有部分空間未被擴散氣體填充。最后從圖4(c)、4(f)可以看出，在仿真結(jié)束時，即在第二次氣體開始噴射后52.3 s時，方案1中氣體聚集在電池包整個下半部分和右上側(cè)，而沒有排氣孔布置的左上側(cè)氣體聚集量較少，但是氣體濃度是最高的，方案2 中氣體多聚集在電池包上半部分，下半部分氣體量較少，伴隨有明顯的氣體分層現(xiàn)象，總體來看，方案1中電池包內(nèi)部氣體濃度明顯高于方案2中氣體濃度。

觀測圖5(a)、5(d)可以看出，在第二次氣體開始噴射后4.3 s時，方案3和方案4中氣體都擴散至電池包蓋板頂部，并且已經(jīng)在向周圍發(fā)散，在22.3 s時，從圖5(b)、5(e)可以看出，相較于方案4，方案3中氣體在電池包頂部產(chǎn)生嚴重堆積現(xiàn)象，且頂部氣體堆積的濃度要高于方案4，氣體在電池包內(nèi)部擴散的范圍，方案3要更廣，氣體已經(jīng)完全包圍電池包整個下半部分。比較圖5(c)、5(f)可以發(fā)現(xiàn)，在仿真結(jié)束時，方案4中的噴射氣體無法擴散至整個電池包，并且標記氣體也出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象，在電池包內(nèi)部，沒有整塊氣體連續(xù)堆積情況，塊與塊之間有間隙隔開，但是方案3中氣體已經(jīng)完全充滿整個電池箱體，且能觀察到較大范圍的整塊氣體堆積現(xiàn)象。

結(jié)合圖4(c)和圖5(c)可以發(fā)現(xiàn)，在整個仿真結(jié)束時刻，方案1 和方案3 中由電芯熱失控噴射的氣體都擴散至整個電池包，但是方案1中氣體的整體濃度要高于方案3 中氣體的濃度，從4(a)、4(d)和圖5(a)、5(d)可以看出，在氣體噴射初始時刻，方案2 中氣體擴散速度最慢，方案1 和方案3 擴散速度大致相同，但方案1 要稍快于方案3，方案4 中標記氣體擴散范圍最廣。

3 結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 電池包排氣規(guī)律

本次仿真中，電池包的排氣情況，可以從出口邊界觀測，圖6為四種方案排氣口處氣體的質(zhì)量流量。在第一次氣體噴射階段，可以很明顯地觀察到流量在極短的時間間隔內(nèi)有大幅度的波動，這是因為計算時在出口邊界條件處定義了回流項，雖然第一階段氣體噴射時間很短，但是流速卻很大，最大值接近28 g/s，這將導致原來存在于電池包內(nèi)部的氣體被突然噴射的氣體擠出電池包，此時電池包內(nèi)部壓力也會發(fā)生變化，雖然變化很小，但是由于電池包內(nèi)部和外界的壓差，少量氣體又會被壓回電池包，隨著第一階段噴射氣體的流量逐漸減小，排氣口處的氣體回流也越來越少，并慢慢趨于平衡，但是隨著第二次氣體噴射的發(fā)生，噴射的氣體會在電池包內(nèi)部擴散開，并會發(fā)生堆積現(xiàn)象，此時排氣口處的質(zhì)量流量全為正值，不再有回流發(fā)生。

電池包的物理模型如圖1所示，電池包的整體尺寸為950 mm×618 mm×311 mm，電池包內(nèi)部共有80 個電芯，各電芯之間用隔板隔開，隔板尺寸為140 mm×80 mm×3 mm，5 個電芯組成一個模組，模組之間也采用相同規(guī)格隔板間隔開，本次模擬重在研究熱失控噴射氣體的擴散規(guī)律，所以在模型中未定義隔板的材料屬性，同時省略電氣設(shè)備和總線布置。如圖1(b)所示，為了更加清晰地觀測到熱失控電芯氣體噴射時在電池包內(nèi)部的擴散情況及其對周圍電芯的影響，本次仿真將熱失控電芯設(shè)置在箱體左側(cè)的靠中心位置，且泄壓閥設(shè)置在熱失控電芯的側(cè)面。

3.2 電池包排氣口處氣體流速規(guī)律

從圖4 和圖5 可以觀測到，在仿真結(jié)束時，四種方案中熱失控電芯噴射氣體在電池包內(nèi)部均有殘留，為了觀察氣體在排氣口的堆積情況，做四種方案90 s時排氣口處氣體濃度等值面如圖8所示，分析圖8不難得到，在仿真結(jié)束時，方案1的排氣口處氣體堆積量最多，排氣口周圍較大范圍內(nèi)都有不少的氣體堆積現(xiàn)象，且堆積氣體濃度梯度較大，方案4中排氣口處氣體堆積量最少，排氣口周圍氣體堆積量也很少，同時對應(yīng)著較緩和的氣體濃度分布，但是在距離排氣口較遠的角落處存在少量高濃度氣體堆積現(xiàn)象，方案2和方案3排氣口周圍氣體堆積也很明顯，但是相較于方案3，方案2中氣體堆積現(xiàn)象更加突出，對比四種方案排氣口處標記氣體堆積情況，不難看出，方案1和3中標記氣體在排氣口周圍的分布很相似，濃度梯度變化也大致相同，但是方案1中標記氣體堆積濃度明顯高于方案3。

3.3 電池包排氣口處氣體堆積特性

本次仿真模型排氣口處氣體流速由軟件自動擬合的出口速度邊界得到并記錄，如圖7所示，在第一次氣體噴射階段，方案2對應(yīng)著最大的流出排氣口的速度3.0 m/s 和流入排氣口的速度-2.65 m/s，與方案1 和方案2 相比，剩下的兩種方案在排氣口處的流速變化幅度較平緩，且在第一次氣體噴射結(jié)束時，方案4 中的流速最先趨于零，方案1 中回流波動較明顯。在第二次氣體噴射階段，方案2有著最大的峰值速度1.03 m/s，方案3 和方案4 中排氣口流速相差甚微，且變化趨勢也極為相似，峰值流速為0.6 m/s，與圖6 對照分析，不難發(fā)現(xiàn)，在第二次噴射階段，四種方案排氣口處標記氣體質(zhì)量流量和流速變化規(guī)律相同，再次結(jié)合圖4(d)中標記氣體在電池包內(nèi)部的擴散情況，很容易得出方案2在出口處有較高的流速是因為氣體擴散的慢，導致中期堆積的發(fā)生，堆積的量最多，因此與外界有最大的壓力差，導致氣體在排氣口處的流速最大。

結(jié)合圖9可以清晰觀察到，在第二次氣體噴射階段，隨著時間的推移，四種方案中噴射氣體在電池包內(nèi)部的堆積量呈直線上升趨勢，并最終在氣體噴射結(jié)束時達到峰值，隨后逐漸下降。分析圖9可以得到，方案1和方案3中噴射氣體在電池包內(nèi)部的堆積量變化趨勢大致相同，方案2和方案4中噴射氣體在電池包內(nèi)部的堆積量變化趨勢大致相同，且方案1有最大氣體殘余量峰值，同時在氣體噴射結(jié)束后，電池包內(nèi)部氣體殘余量減少的趨勢不大，而最小氣體殘余量峰值對應(yīng)著方案4，并且在氣體殘余量減少階段表現(xiàn)為最快氣體量減少現(xiàn)象。在最后時刻，方案1電池包內(nèi)部氣體殘余量最多，有5.04 g，而方案4電池包內(nèi)部氣體殘余量為最小值2.49 g。

圖10全面比較了四種方案在殘余氣體量、有效排氣率和排氣口氣體流速三方面的性能，方案4對應(yīng)著最少的氣體殘余量和最高的排氣效率，方案1在排氣口處流速很快，但是不利于電池包內(nèi)部的熱失控氣體排出，排氣效率低下，方案2 和方案3 各項性能均為中等水準。

4 結(jié) 論

通過對鋰離子電池單體熱失控噴射氣體的仿真，并分析氣體噴射過程后和在電池包內(nèi)部的擴散行為，可以得到以下結(jié)論。

這種普遍存在的“接班困境”無疑是困擾公司治理理論和實踐的世界性難題。而像阿里這樣體量的新興企業(yè)，傳承問題更是棘手。許多專家學者分析指出，馬云的傳承計劃，證明了阿里巴巴在治理機制上的創(chuàng)新與成功。如果說阿里的傳承和以往無數(shù)的企業(yè)傳承有什么不同之處，那就是企業(yè)從2009年開始打造的獨一無二的“合伙人制度”。本文就從馬云籌謀十年的傳承計劃管中窺豹，探討阿里為有效解決企業(yè)傳承問題所做出的探索和嘗試，并從制度設(shè)計，人才儲備以及戰(zhàn)略規(guī)劃三個方面分析阿里獨特的“合伙人制度”如何解決現(xiàn)代公司治理中的代際交替問題。

（1）鋰離子電池單體發(fā)生熱失控噴射氣體時，氣體會在電池包內(nèi)部擴散，噴射的氣體從泄壓閥出來后會先向上擴散至電池包箱體蓋板的頂部，隨后在頂部產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，再逐漸向四周擴散開來。

（2）鋰離子電池包排氣口的設(shè)置，會影響熱失控電芯噴射的氣體在整個電池包內(nèi)部的擴散情況，同時也會影響氣體在電池包排氣口處的流速，排氣口數(shù)量會對氣體擴散產(chǎn)生直接影響，但也并不是數(shù)量越多排氣越順暢，將排氣口設(shè)置在箱體上方，并同時增加數(shù)量會更有利于氣體的排出。

（3）單純依靠在電池包上設(shè)置排氣口的方式，無法做到將電池包內(nèi)部熱失控氣體全部排出，氣體在排氣口周圍和電池包角落處都有堆積現(xiàn)象發(fā)生，需要通過別的手段改變電池包內(nèi)部和外界的壓差，才有望將熱失控氣體大量有效地排出。

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