2025大赛优秀作品 | 电池系统热失控多物理场建模及高温气体疏导措施研究

作品名称：电池系统热失控多物理场建模及高温气体疏导措施研究

作者：重庆大学 | 张高阳

关键词：电池热失控机理，热失控产气速率计算，气体爆炸极限，电池系统泄压阀

CTP电池系统不同泄压阀的设计方案

目前，100Ah以上的三元锂电池在电动汽车上得到了广泛应用，而大容量三元锂离电池发生热失控后可能会诱发更为严重的火灾事故。为此本案例针对117Ah三元锂方形电池，在Fluent中使用UDF/UDS定义了SEI膜分解、负极与电解液反应、正极分解反应、电解质分解等过程，并利用T2之后温度与温升速率的函数关系得到内短路产热的表达式。在此基础上，结合AEC实验数据拟合得到产热/产气速率方程，构建了CTP电池系统热失控多物理场仿真模型，揭示了热量的传播与气体扩散规律，发现在Pack尾部布置3个50mm泄压阀时，系统内部的可燃气体浓度能够在17.3s内降至爆炸下限（LEL）以下，从而降低爆炸风险。

挑战/需求

电池包热失控后的温度变化云图

作者所在机构希望通过仿真工具建立高精度的电池热失控产热和产气模型，并在此基础上模拟CTP电池系统中单颗电池热失控引起的热量传播与气体扩散过程，以此评估隔热设计的合理性并优化系统泄压阀的布局与数量。研究重点分析不同泄压阀方案对高温气体的疏导作用和降低系统爆炸极限的效果，最终实现以仿真技术驱动热安全设计达到降本增效的目的。

使用工具

Ansys Fluent、SpaceClaim、Fluent Meshing

最终成果

不同方案下电池包高温气体LEL和浓度变化

利用Ansys Fluent，作者在有限时间内探究了CTP电池系统内单颗电池热失控后热量的传播和气体的扩散过程，验证了隔热设计的合理性并评估了不同的泄压阀设计方案，获得了选择最佳方案的可靠数据。仿真是此项研发中的重要工具，为作者节约了大量方案选择时间，减少试验次数，节省人力，降低风险。