时高蓄电池锂离子电池热失控过程中内部压力与射流速度的测量与表征：研究综述与展望
本研究对锂离子电池热失控过程中射流动力学的最新进展进行了综述，特别聚焦于内部压力与射流速度的测量技术。在内部压力监测方面，所评述的方法包括光纤传感器、侵入式与非侵入式压力传感器，以及基于应变片的测量技术。针对射流速度测量方法，本研究系统考察了动量守恒法、皮托管测量、纹影测速技术及粒子图像测速（PIV）等技术。文中全面总结了这些测量技术的原理、优势、局限性及适用场景。此外，本文详细阐述了锂离子电池热失控过程中产生的多相高速射流所具备的复杂物理特性，并深入探讨了当前测量技术面临的关键挑战，特别是其在高温稳定性、多点空间分布特性以及非侵入性测量等方面的局限性。本综述为热失控预警机制的开发及电池模组结构安全设计提供了有价值的技术视角。
引言
锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和长循环寿命，已广泛应用于电动汽车、储能系统和便携式电子设备中。然而，在过充、过放、外部短路或机械损伤等滥用条件下，锂离子电池可能发生热失控（TR），导致剧烈放热、燃料费喷射，甚至引发火灾或爆炸。这些危险事件对人身安全、系统可靠性及大规模储能应用构成严重威胁。
从物理学视角来看，热失控本质受控于快速的燃料费生成、内部压力累积及随之产生的高速泄放过程。内部压力反映了电池内部产电化学与热反应的速度和强度，而喷射流速则表征泄压口开启或壳体破裂后高温气体、颗粒物与液滴的动态释放行为。这两个参数是连接热失控过程中反应动力学、热力学行为与机械失效的基础物理量。因此，精确测量内部压力与喷射流速对于阐明热失控机理、建立基于物理学的预测模型、验证数值模拟结果以及开发可靠的锂离子电池早期预警与安全缓解系统具有至关重要的意义。
深入理解TR的扳机机制是开发精确测量内部压力与射流速度方法的前提条件。%% 后续章节将阐明TR的主要作用机制及其对测量技术的启示。通过对典型TR事件的系统分析，已明确机械滥用、电气滥用与热滥用为主要诱因，其引发的连锁反应通常通过能量释放图示与热-电-化学耦合框架进行理论建模[1]。%% 互补性建模研究阐明了内部发热、反应动力学、燃料费扩散、火焰传播及相关爆炸危害，从而为有效的缓解设计奠定了重要基础[2][3]。大量研究同样探讨了与热失控（TR）相关的燃烧、爆炸及抑制现象。通过热建模方法已初步阐明其化学反应路径与放热特性，揭示了TR固有的火灾与爆炸风险。
关于TR的预防与缓解，现有综述全面涵盖了锂离子电池的监测、预警与防护技术[8]。防火策略研究包括电极材料优化与安全泄压结构设计[9]。温度管理对电池性能与安全的关键作用得到重点阐述，并对不同冷却/加热方法及其优劣进行了批判性评述[10]。[4]锂离子电池热失控过程中的火焰特性已被详细研究，涵盖内部与外部影响因素的作用机制[5]。针对泄放气体的组分及其潜在危害已有评估，同时旨在阻止热失控在电池模组内传播的防火隔离技术也取得进展[6]。细水雾灭火技术对锂离子电池火灾的抑制效能得到验证，其危害缓解效果尤为突出[7]。
机器学习在电池故障预测与诊断中的应用——特别是针对电动汽车场景的早期检测——已得到系统评估[11]。
在热失控过程中，高温高压气体常夹带固液相物质以高速射流形式喷出。这类多相射流表现出复杂的流体动力学与热力学行为，由于其高流速和湍流特性，可能对电池结构及周边环境造成显著损害。然而，热失控期间排气射流速度的精确量化仍存在重大实验挑战，且目前尚缺乏对现有测量方法的系统性汇编。此外，高能量密度电池中射流火焰及后续燃烧现象尤为普遍。基于上述考量，本综述重点探讨了热失控的扳机机制——特别是内部压力动态变化——并对锂离子电池热失控期间射流速度测量技术提供了全面评估。
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