近日，我院安全工程博士研究生张越在锂离子电池模组故障电弧特征及电热风险评估方面取得重要进展，相关成果《锂离子电池系统故障电弧特征及风险评估数值研究》（Numerical study on characteristics and risk evaluation of arc faults in lithium-ion battery systems）发表在《Process Safety and Environmental Protection》。《Process Safety and Environmental Protection》是过程安全领域国际知名期刊，目前影响因子为7.8，位列中科院SCI二区TOP。论文第一作者为博士研究生张越，通讯作者为殷晓康教授和平平副教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及山东省青年基金A类等项目资助支持。
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电池模组内电池间发生故障电弧时，模组配置、电路拓扑、工作电压及电流等因素均会影响电弧的临界条件与电气特性，决定能否形成稳定燃烧电弧及其危害程度。此外，电弧本身是一个强电热耦合的物理现象，其电气特性直接关联并决定了热危害的强度与模式，特别是高温效应与烧蚀现象。系统研究不同模组配置和动态运行条件下电弧的外部电气特性与内部热危害之间的关联机制，可为实际储能系统运行过程中电弧的识别、检测、抑制以及风险评估提供理论依据及技术支撑。本研究中，通过验证并改进的Cassie模型，探究了电路拓扑与模组配置对电弧外部电气特性的影响。进一步提出一种高效数学方法（交点法），用于确定不同模组配置与运行条件下电弧的临界特性，如触发条件、临界电流及最大弧长。基于磁流体动力学模型，分析了不同电弧特性下的内部温度分布与热危害。最终，通过将电弧触发条件与量化热危害参数相结合，实现了多样化模组运行条件下电弧风险评估。研究结果可为加强基于锂离子电池系统的电弧防护提供重要参考，为动态运行风险管理与电池系统安全设计提供量化依据。
不同模组配置下的电弧电流与临界条件矩阵
(a)交点法在三维空间的扩展 (b)不同模组配置下的最大电弧长度
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.psep.2025.108325
