CN117077556B - 一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，属于锂离子电池模型构建及仿真方法技术领域，该耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法为获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；建立储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；计算热失控期间电池内部的产热；求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；计算热失控期间电池内部的产气；求解电池的射流动力学参数；求解电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为；该方法能够计算锂离子电池在储能系统层级的热失控传播行为，同时模拟事故发生后储能系统内部的火灾演化情况。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池模型构建及仿真方法技术领域，具体而言，涉及一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法。
背景技术
随着我国电气化进程的加快，我国储能产业得到快速发展，对可充电电池的应用需求也与日俱增。由于具有能量密度高、自放电率低、使用寿命长和绿色环保等优点，锂离子电池在电动汽车和储能系统等领域得到了广泛应用。然而由于含有大量的活性材料和电能，热失控导致的安全问题仍然是锂离子电池大规模应用的阻碍。锂离子电池在热失控过程中除了释放大量的热外，内部同时会产生大量的氢气、一氧化碳、烷烃等可燃气体，进而导致电池内部压力升高和排气。当排放的可燃气体被点火源直接引燃，或者温度达到它们的燃点时，就会发生喷射火。在锂离子电池模组中，电池释放的热量很容易加热相邻的电池，导致相邻的电池发生热失控，进而使整个模组内电池全部失效。与此同时，储能电站中失效的电池模组会加热其他模组，引发连锁反应，最终造成大规模的火灾爆炸事故。因此，对于储能电站内部热失控及火蔓延行为的研究，对锂离子电池模组、储能系统的安全设计以及事故应急处置措施的制定具有重要意义。
然而开展储能电站尺度的热失控及火灾测试面临着巨大的时间和经济成本。相较于实验研究手段，数值模拟方法能够不受时间空间以及参数测量策略的限制，能够对火蔓延过程中电池的温度演化、火蔓延特征和燃烧放热特征进行全面预测，是研究锂离子电池事故危害和辅助电池储能系统安全设计的有力工具。目前的锂离子电池热失控传播及火蔓延的仿真模型大多集中于单体电池层级以及电池模组层级，对更大尺度的电池簇层级以及系统层级的模拟却鲜有涉及，难以计算锂离子电池在储能系统层级的热失控传播行为以及难以模拟事故发生后储能系统内部的火灾演化情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，能够计算锂离子电池在储能系统层级的热失控传播行为，同时模拟事故发生后储能系统内部的火灾演化情况。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其中，包括以下步骤：
S10：获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；
S20：根据所述电池电化学参数、材料热物性参数和所述储能系统的几何特征参数，建立所述储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；
S30：建立所述电池储能系统单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热；
S40：建立所述电池储能系统电池区域的热阻网络模型，求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；
S50：建立所述电池储能系统单个电池节点的产气模型，计算热失控期间电池内部的产气；
S60：建立所述电池储能系统电池区域的质量流动模型，求解电池的射流动力学参数；
S70：将所述电池温度以及所述电池的射流动力学参数作为边界条件，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
在上述技术方案的基础上，本发明的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法还可以做如下改进:
其中，所述建立所述电池储能系统单个电池节点的热失控模型的具体步骤包括：
第一步，基于Arrhenius公式的集总瞬态能量守恒方程描述热失控时电化学反应释放的热量使电池温度持续升高的过程；
其中，mc表示电池的质量，ρ表示密度，Cp，c表示电池的比热容，T表示节点温度，Tneigh表示相邻节点的温度，t表示时间，QTR表示热失控过程中副反应放热，ΔHi为热滥用反应的焓值，ci为活性材料的无量纲浓度，dci/dt可通过Arrhenius公式进行求解，R为常数；
第二步，确定所述热失控模型的控制方程，具体包括：
SEI膜分解：
负极反应：
正极反应：
电解液分解：
粘结剂反应：
进一步的，所述建立所述电池储能系统电池区域的热阻网络模型的步骤包括：
基于对电池间的热传导、电池与电池包顶部流体(火焰)的热对流、以及电池与周围环境的换热的考虑，确定热阻网络中单个电池节点的能量平衡为：
其中，下标c表示电池，下标v表示电池顶部流体，x,y,z表示电池在电池簇内的位置坐标；Rk,x表示电池间沿x方向的导热热阻，Rk,y表示电池间沿y方向的导热热阻；Rh,u表示电池模组顶部的对流热阻，Rh,l表示电池模组底部的对流热阻；Rs表示电池组外壳的热阻；
确定电池模组顶部的流体区域为一个单独的节点，在整个热失控传播过程中，电池通过对流换热的方式持续与顶部高温流体进行换热，电池喷射的高温气体与火焰提高顶部流体的温度，由此确定电池模组顶部的流体节点的能量守恒方程为：
其中，下标xm表示电池包在储能电站内部的位置坐标，表示电池发生排气时的质量流率，Tf表示排放气体的温度；
通过耦合求解上述方程，获得各电池节点的温度演化情况，计算流体力学模型。
进一步的，所述建立所述电池储能系统单个电池节点的产气模型的步骤包括：
锂离子电池内部的产气过程包括电解液蒸发和副反应释放，其中电解液的蒸发过程中的蒸发速率为：
其中αl是电解液在卷芯中的体积分数，l1和l2是电池的几何参数，C是蒸发系数；Me是电解液的摩尔质量，ρv是电池内部的蒸汽密度，ΔvapH是蒸发焓，Tsat是电解液的饱和温度，表示为：
其中P表示电池内部的压力。
进一步的，对于反应气体，主要考虑了氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷，其生成速率认为是关于电化学反应速率的线性函数，
其中，ωi是气体生成系数，通过实验测量的气体生成总量获得。
进一步的，所述建立所述电池储能系统电池区域的质量流动模型的具体步骤包括：电池模组中流体节点的内部压力和射流动力学模型采用常微分方程进行计算，其中表征压力变化的控制方程表示为：
其中表示电池排气时的摩尔流率，第二项表示由于电池组排气而导致的气体损失。其中/>表示阻塞系数，Cd为气体排放系数，Av为电池包排气阀的面积，ρ为气体密度，u为气体射流速度。
进一步的，所述射流速度通过电池的内部压力进行计算，表示为：
其中，γ表示排放气体混合物的热容比，Pv为电池包排气阀处的压力，Pa为环境压力；Ma为马赫数。
进一步的，所述求解电池的射流动力学参数的具体步骤包括：采用雷诺时均的Navier–Stokes方程对所述电池储能系统电池区域的质量流动模型进行分析计算，其中，湍流模型采用单方程的k–ε模型，对模型中不同物理参数的控制方程为：
质量：
动量：
能量：
组分：
湍动能：
耗散率：
进一步的，所述计算热失控期间电池内部的产热的具体步骤包括：
对所述电池储能系统的燃烧行为通过涡耗散概念模型(EDC)进行求解，各气体组分的燃烧速率认为是关于流体温度和反应气体浓度的函数，其表示为：
ω＝A·exp(-Ea/RT)[Fuel]a[O2]b[H2O]c；
其中，[Fuel]，[O2]，[H2O]分别表示网格内燃料、氧气和水的比例，a，b，c为反应级数。
进一步的，所述求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为的具体步骤包括：
将所述电池温度以及所述电池的射流动力学参数作为边界条件，将所述热失控期间电池内部的产热以及所述热失控期间电池内部的产气导入OpenFOAM进行耦合，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
与现有技术相比较，本发明提供的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法的有益效果是：通过获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；根据电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数，建立储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；建立电池储能系统单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热；建立电池储能系统电池区域的热阻网络模型，求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；建立电池储能系统单个电池节点的产气模型，计算热失控期间电池内部的产气；建立电池储能系统电池区域的质量流动模型，求解电池的射流动力学参数；将电池温度以及电池的射流动力学参数作为边界条件，求解电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为，弥补了现有锂离子电池热失控传播模型未能涵盖储能系统等大尺度空间的研究不足；本发明提出的模型考虑了热失控传播和火焰传播的相互作用，实现了对电池故障传播行为更加精准的模拟；该建模方法通过改变一系列参数来研究不同工况下锂离子电池热失控传播行为特征及规律，同时能够模拟电池内部和外部的温度空间分布情况，进而为储能系统的安全设计提供依据；该建模方法为锂离子电池模型开发者及仿真研究者提供一种模型框架，能够为后续模型发展提供依据和指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法的操作流程图；
图2为本发明中热失控传播建模方法的耦合过程以及计算流程；
图3为本发明的实施例中模型几何和网格示意图；
图4为发明的实施例中实验测量的电池表面温度和仿真获得电池温度的对比；
图5为本发明的实施例中仿真获得的储能电站中锂离子电池热失控传播演化过程；
图6为本发明的实施例中仿真获得的储能电站中锂离子电池火蔓延演化过程；
图7为本发明的实施例中仿真获得的锂离子电池火蔓延演化过程中热释放率曲线和总放热量曲线。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
如图1-3所示，是本发明提供的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法的结构示意图，在图中，包括以下步骤：
S10：获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；
S20：根据电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数，建立储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；
S30：建立电池储能系统单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热；
S40：建立电池储能系统电池区域的热阻网络模型，求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；
S50：建立电池储能系统单个电池节点的产气模型，计算热失控期间电池内部的产气；
S60：建立电池储能系统电池区域的质量流动模型，求解电池的射流动力学参数；
S70：将电池温度以及电池的射流动力学参数作为边界条件，求解电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
其中，在上述技术方案中，所述建立所述电池储能系统单个电池节点的热失控模型的具体步骤包括：
第一步，基于Arrhenius公式的集总瞬态能量守恒方程描述热失控时电化学反应释放的热量使电池温度持续升高的过程；
其中，ρ表示密度，Cp表示比热容，T表示节点温度，Tneigh表示相邻节点的温度，t表示时间，QTR表示热失控过程中副反应放热，ΔHi为热滥用反应的焓值，ci为活性材料的无量纲浓度，dci/dt可通过Arrhenius公式进行求解，R为常数；
第二步，确定所述热失控模型的控制方程，具体包括：
SEI膜分解：
负极反应：
正极反应：
电解液分解：
粘结剂反应：
进一步的，在上述技术方案中，建立所述电池储能系统电池区域的热阻网络模型的步骤包括：
基于对电池间的热传导、电池与电池包顶部流体(火焰)的热对流、以及电池与周围环境的换热的考虑，确定热阻网络中单个电池节点的能量平衡为：
其中，下标c表示电池，下标v表示电池顶部流体，x,y,z表示电池在电池簇内的位置坐标；Rk,x表示电池间沿x方向的导热热阻，Rk,y表示电池间沿y方向的导热热阻；Rh,u表示电池模组顶部的对流热阻，Rh,l表示电池模组底部的对流热阻；Rs表示电池组外壳的热阻；
确定电池模组顶部的流体区域为一个单独的节点，在整个热失控传播过程中，电池通过对流换热的方式持续与顶部高温流体进行换热，电池喷射的高温气体与火焰提高顶部流体的温度，由此确定电池模组顶部的流体节点的能量守恒方程为：
其中，下标xm表示电池包在储能电站内部的位置坐标，表示电池发生排气时的质量流率，Tf表示排放气体的温度；
通过耦合求解上述方程，获得各电池节点的温度演化情况，计算流体力学模型。
进一步的，在上述技术方案中，建立所述电池储能系统单个电池节点的产气模型的步骤包括：
锂离子电池内部的产气过程包括电解液蒸发和副反应释放，其中电解液的蒸发过程中的蒸发速率为：
其中αl是电解液在卷芯中的体积分数，l1和l2是电池的几何参数，C是蒸发系数；Me是电解液的摩尔质量，ρv是电池内部的蒸汽密度，ΔvapH是蒸发焓，Tsat是电解液的饱和温度，表示为：
其中P表示电池内部的压力。
进一步的，在上述技术方案中，对于反应气体，主要考虑了氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷，其生成速率认为是关于电化学反应速率的线性函数，
其中，ωi是气体生成系数，通过实验测量的气体生成总量获得。
进一步的，在上述技术方案中，建立所述电池储能系统电池区域的质量流动模型的具体步骤包括：电池模组中流体节点的内部压力和射流动力学模型采用常微分方程进行计算，其中表征压力变化的控制方程表示为：
其中右侧第一项表示电池排气时的摩尔流率，第二项表示由于电池组排气而导致的气体损失。其中表示阻塞系数，Cd为气体排放系数，Av为电池包排气阀的面积，ρ为气体密度，u为气体射流速度。
进一步的，在上述技术方案中，射流速度通过电池的内部压力进行计算，表示为：
其中，γ表示排放气体混合物的热容比，Pv为电池包排气阀处的压力，Pa为环境压力；Ma为马赫数。
进一步的，在上述技术方案中，求解电池的射流动力学参数的具体步骤包括：采用雷诺时均的Navier–Stokes方程对所述电池储能系统电池区域的质量流动模型进行分析计算，其中，湍流模型采用单方程的k–ε模型，对模型中不同物理参数的控制方程为：
质量：
动量：
能量：
组分：
湍动能：
耗散率：
进一步的，在上述技术方案中，计算热失控期间电池内部的产热的具体步骤包括：
对所述电池储能系统内部的燃烧行为通过涡耗散概念模型(EDC)进行求解，各气体组分的燃烧速率认为是关于流体温度和反应气体浓度的函数，其表示为：
ω＝A·exp(-Ea/RT)[Fuel]a[O2]b[H2O]c；
其中，[Fuel]，[O2]，[H2O]分别表示网格内燃料、氧气和水的比例，a，b，c为反应级数。
进一步的，在上述技术方案中，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为的具体步骤包括：
将所述电池温度以及所述电池的射流动力学参数作为边界条件，将所述热失控期间电池内部的产热以及所述热失控期间电池内部的产气导入OpenFOAM进行耦合，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
具体的，本发明的原理是：获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；根据电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数，建立储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；建立电池储能系统单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热；建立电池储能系统电池区域的热阻网络模型，求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；建立电池储能系统单个电池节点的产气模型，计算热失控期间电池内部的产气；建立电池储能系统电池区域的质量流动模型，求解电池的射流动力学参数；将电池温度以及电池的射流动力学参数作为边界条件，求解电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
实施例：
以某3.5MWh的步入式储能电站为例，对该电站发生热失控事故后的热失控传播和火焰传播行为模拟，以全面、详细地对本发明做出描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。该储能电站的储能单元为120安时的磷酸铁锂-石墨方形锂离子电池，集装箱内共含有240个电池模组和7200个电芯。该方法主要分为以下三部分：(1)参数获取和几何模型的建立；(2)求解热阻网络模型和质量流动模型，计算热失控传播过程中电池温度演化；(3)求解计算流体力学模型，计算火焰传播过程中的温度分布和放热特征。
(1)首先对参数获取和几何模型建立部分进行描述，共分为2个步骤，如下所述：
步骤一，参数获取。根据文献调研的方法获取电池的物性参数以及反应动力学参数。
步骤二，几何模型的建立。根据储能集装箱内电池规格、排布的实际情况，搭建几何模型并划分网格。模型几何见图2，其建模区域为电池簇外部的流场区域。计算模型的边界包括地面、电池簇表面、电池模组通风口、储能集装箱壁面和集装箱出口。
(2)求解热阻网络模型和质量流动模型，计算热失控传播过程中电池温度演化：
根据初始参数和所述方程，建立单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热，同时计算电池内部的产气速率和射流动力学参数；建立电池区域的热阻网络模型和质量流动模型模型，求解相邻电池节点间的传热通量，根据能量平衡计算电池节点的温度。
如图4所述，显示了热失控过程中的电池模组内部各电芯的温度演化，并与的实验结果进行了对比(Ditch B,Zeng D.Fire Hazard of Lithium-ion Battery EnergyStorage Systems:1.Module to Rack-scale Fire Tests.Fire Technology.2020.)。本实施例中选择了三个特征位置处的电池模组，分别为：热失控初始触发的模组(D1)，其左侧模组(D2)，其上方的模组(U1)，如图4(a)所示。图4(d)显示了D1模组中各电池温度的演化曲线，从图中可以看出，模拟获得的热失控传播时间和各电池的热失控触发时间与实验结果高度一致。实验测的热失控传播持续约为2343s，模拟计算的热失控持续时间约为2402s，可以得到预测误差分别为2.45％，处于一个可接受的范围。与此同时，模拟还很好地捕捉到了热失控传播的加速过程，这是由于电池模组顶部的高温气体喷射和燃烧导致的现象。如图4(b)所示，模组U1在4021s也进入了热失控阶段，由于底部模块的预热，U1模块的传播持续时间更短。可以发现，实验和仿真获得的总体温度演化特征和传播持续时间是相似的。模块D2的热失控在4174s被触发。在实验中，整个传播过程持续了大约527s，而相应的预测持续时间为476s，相对误差为9.6％。上述结果证明了本发明所提出的建模方法在预测热失控传播特征的准确性。
如图5所示，显示了热失控在模组间的热失控传播特征。可以发现模型计算的结果很好地捕捉到了热失控在整个电池簇内的传播过程。同时，由于受到浮力作用火焰向上蔓延，可以观察到热失控向上传播的速度要大于垂直传播速度，这与之前的实验结果一致，这证明了模型可以捕捉热失控与火焰的相互作用。
(3)求解计算流体力学模型，计算火焰传播过程中的温度分布和放热特征
热阻网络计算获得电池节点温度和质量流动模型获得的射流动力学参数，将作为动态边界条件参与计算流体力学模型的计算，模拟火蔓延过程。
如图6所示，显示了仿真获得的锂离子电池火灾演化过程。可以发现，在火灾的早期阶段，火焰会在电池组释放气体后迅速向上蔓延，加速热失控传播过程。随着火灾和热失控的发展，火灾强度和火焰高度稳步增加，形成了顶棚射流。在火蔓延的后期，燃烧中的电池数量逐渐减少，火灾强度也逐步减小。
如图7所示，显示了锂离子电池火蔓延演化过程中热释放率曲线和总放热量曲线。可以发现燃烧的热释放率曲线随着热失控传播不断波动，整体上呈现先增大后减小的趋势。此外，本发明提出的模型也能够用于计算燃烧和热失控所释放的总体热量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：获取一种电池储能系统的电池电化学参数、材料热物性参数和储能系统的几何特征参数；
S20：根据所述电池电化学参数、材料热物性参数和所述储能系统的几何特征参数，建立所述储能系统内部空气域的三维几何模型并划分网格；
S30：建立所述电池储能系统单个电池节点的热失控模型，计算热失控期间电池内部的产热；
S40：建立所述电池储能系统电池区域的热阻网络模型，求解电池间的传热和热失控传播过程，计算电池温度；
S50：建立所述电池储能系统单个电池节点的产气模型，计算热失控期间电池内部的产气；
S60：建立所述电池储能系统电池区域的质量流动模型，求解电池的射流动力学参数；
S70：将所述电池温度以及所述电池的射流动力学参数作为边界条件，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为；
所述建立所述电池储能系统电池区域的热阻网络模型的步骤包括：
基于对电池间的热传导、电池与电池包顶部流体(火焰)的热对流、以及电池与周围环境的换热的考虑，确定热阻网络中单个电池节点的能量平衡为：
其中，c表示电池，v表示电池顶部流体，x,y,z表示电池在电池簇内的位置坐标，Tc,x.y,z表示电池在电池簇内的x,y,z坐标的温度，；Rk,x表示电池间沿x方向的导热热阻，Rk,y表示电池间沿y方向的导热热阻；Rh,u表示电池模组顶部的对流热阻，Rh,l表示电池模组底部的对流热阻；Rs表示电池组外壳的热阻；
确定电池模组顶部的流体区域为一个单独的节点，在整个热失控传播过程中，电池通过对流换热的方式持续与顶部高温流体进行换热，电池喷射的高温气体与火焰提高顶部流体的温度，由此确定电池模组顶部的流体节点的能量守恒方程为：
其中，xm表示电池包在储能电站内部的位置坐标，表示电池发生排气时的质量流率，Tf表示排放气体的温度；
通过耦合求解上述方程，获得各电池节点的温度演化情况，计算流体力学模型。
2.根据权利要求1所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，所述建立所述电池储能系统单个电池节点的热失控模型的具体步骤包括：
第一步，基于Arrhenius公式的集总瞬态能量守恒方程描述热失控时电化学反应释放的热量使电池温度持续升高的过程；
其中，mc表示电池的质量，ρ表示密度，Cp，c表示电池的比热容，T表示节点温度，Tneigh表示相邻节点的温度，t表示时间，QTR表示热失控过程中副反应放热，ΔHi为热滥用反应的焓值，ci为活性材料的无量纲浓度，dci/dt可通过Arrhenius公式进行求解，R为常数；
第二步，确定所述热失控模型的控制方程，具体包括：
SEI膜分解：
其中，cSEI表示SEI膜的无量纲浓度，ASEI和EaSEI表示SEI膜分解的指前因子和活化能，R表示气体常数；
负极反应：
其中，a表示负极，ca表示负极活性材料的无量纲浓度，Aa和Eaa表示负极反应的指前因子和活化能，cSEI,ref表示SEI膜的参考无量纲浓度；
正极反应：
其中，c表示正极，αc表示正极材料的转化分数，Ac和Eac表示正极反应的指前因子和活化能；
电解液分解：
其中，e表示电解液，ce表示电解液的无量纲浓度，Ae和Eae表示电解液分解的指前因子和活化能；
粘结剂反应：
其中，PVDF表示粘结剂，cPVDF表示粘结剂的无量纲浓度，APVDF和EaPVDF表示电解液分解的指前因子和活化能。
3.根据权利要求2所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，所述建立所述电池储能系统单个电池节点的产气模型的步骤包括：
锂离子电池内部的产气过程包括电解液蒸发和副反应释放，其中电解液的蒸发过程中的蒸发速率为：
其中αl是电解液在卷芯中的体积分数，l1和l2是电池的几何参数，C是蒸发系数；Me是电解液的摩尔质量，ρv是电池内部的蒸汽密度，ΔvapH是蒸发焓，Tsat是电解液的饱和温度，表示为：
其中P表示电池内部的压力。
4.根据权利要求3所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，对于反应气体，主要考虑了氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯和乙烷，其生成速率认为是关于电化学反应速率的线性函数，
其中，ωi是气体生成系数，通过实验测量的气体生成总量获得。
5.根据权利要求4所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，所述建立所述电池储能系统电池区域的质量流动模型的具体步骤包括：电池模组中流体节点的内部压力和射流动力学模型采用常微分方程进行计算，其中表征压力变化的控制方程表示为：
其中表示电池排气时的摩尔流率，/>表示由于电池组排气而导致的气体损失；其中，/>表示阻塞系数，Cd为气体排放系数，Av为电池包排气阀的面积，ρ为气体密度，u为气体射流速度。
6.根据权利要求5所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，所述射流速度通过电池的内部压力进行计算，表示为：
其中，γ表示排放气体混合物的热容比，Pv为电池包排气阀处的压力，Pa为环境压力；Ma为马赫数。
7.根据权利要求6所述的一种耦合网络模型锂离子电池储能系统火蔓延建模方法，其特征在于，所述求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为的具体步骤包括：
将所述电池温度以及所述电池的射流动力学参数作为边界条件，将所述热失控期间电池内部的产热以及所述热失控期间电池内部的产气导入OpenFOAM进行耦合，求解所述电池储能系统流体区域的守恒方程，预测储能电站内部的火蔓延行为。
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