直击动力电池研发！头部企业锂电池热流体仿真理论与工程实践揭秘

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导读：温度，是锂电池性能、寿命与安全的核心约束。温度过低内阻增大、放电能力下降，温度过高加速副反应，一旦超过热失控触发温度（约150–200℃），就会引发链式放热反应。如何在设计阶段预测温度场分布、优化冷却与加热策略、减少物理样机迭代？热流体仿真（CFD）正是连接理论与产品的桥梁。

但对很多电池方向的同行来说，热仿真依然隔着几道门槛：传热学公式看得懂却不会建模型、网格划不好、边界条件与物性参数拿不准、算完不知道对不对。

9月23日（周三）晚20:00，仿真秀特邀头部电池企业热仿真部仿真工程师——颜廷松博士，带来直播《锂电池热流体仿真：基础理论与工程实践》，从传热学与CFD基础讲起，结合热扩散仿真、储能电池包热仿真等真实工程案例，带你完整跑通一套电池热流体仿真项目。

一、主讲嘉宾：颜廷松 博士

哈尔滨工业大学博士，清华大学深圳国际研究院企业博后。研究方向为电池多物理场建模与仿真，发表SCI论文10余篇。现任头部电池企业热仿真部仿真工程师，主导了多项企业技术项目开发；同时担任深圳智启元创科技有限公司高级顾问。长期深耕电池热管理、热扩散与多物理场耦合仿真一线，既有扎实的传热学、流体力学理论功底，也积累了大量从模型简化、网格划分、边界条件标定到试验对标、方案优化的工程经验。

从「为什么温度如此重要」讲起：性能输出、循环寿命（阿伦尼乌斯规律：温度每升高10℃，老化速率约翻倍）、热安全三条主线，建立电池热管理的完整认知框架。随后系统梳理热仿真的理论地基：

• 传热学三大基本方式：热传导（傅里叶定律）、热对流（牛顿冷却公式）、热辐射（斯特藩-玻尔兹曼定律），以及在电芯导热、冷板换热、TIM界面材料中的对应场景；

• 锂电池生热机理：Bernardi生热模型，不可逆生热（欧姆热+极化热，占总生热70%–90%）与可逆生热（熵变热）的分解与赋值；

• CFD三大控制方程（质量守恒、动量守恒、能量守恒）与「前处理—求解—后处理」标准流程；

• 数值方法：结构化/非结构化/多面体网格的选择、边界层加密与y+控制、FVM/FDM/FEM三种离散方法、k-ε与k-ω SST等湍流模型的适用边界；

• 边界条件与物性参数：入口/出口/壁面/对称边界的设置要点，电芯、铝壳、冷却液、导热垫等典型材料的物性参考值，以及电芯导热各向异性（面内20–30 W/m·K，层叠方向1–2 W/m·K）的处理；

• 共轭传热（CHT）：流体域与固体域耦合求解，无需人为给定对流换热系数——这也是电池包热仿真的理论核心。

截至2025年，我国新能源汽车保有量突破8000万辆，而统计显示约70%的新能源汽车火灾由电池热失控及热扩散导致。如何通过热设计实现「电芯—模组—整包」三级热防护，是行业亟待解决的技术难题。直播将沿着完整的五阶段技术路线展开：

• 机理分析：热失控链式反应（SEI膜分解→负极与电解液反应→正极分解释氧→电解液燃烧）及热扩散的三种传热路径（热传导占总传热量70%以上）；

• 建模与求解：以6颗电芯的磷酸铁锂模组为例，STAR-CCM+多面体网格（基础尺寸5mm）、流场—热场—电场三场耦合、靶电芯大面体积热源赋值（修正系数1.35）、隐式非稳态时间步长0.1s；

• 实验对标：参考GB 38031-2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，靶电芯实测最高温度620℃、仿真612℃，偏差8℃＜20℃；

• 参数优化：对比不同水温、流量与气凝胶厚度方案，定量评估相邻电芯的热失控风险。

3、储能电池包热仿真

• 几何简化与网格划分：保留芯体、硅胶垫、液冷板等关键部件，多面体+薄体+棱柱层网格，总网格量1150万，并通过网格无关性验证锁定计算精度；

• 工况分析：标准工况最高温度31.315℃、最大温差6.628℃、压降16.57kPa；高温工况最高温度38.547℃、最大温差10.878℃、压降20.18kPa；

• 一维快速仿真：把芯体、冷板、硅胶垫离散为质量块的一维热网络模型，与三维结果误差10%–15%、压降误差8%，用于方案快速筛选。

4、其它典型仿真业务

• 排气仿真：DEM与DPM气固耦合模型，预测压力峰值、冲击力与颗粒堆积，指导泄压阀与排气通道设计；

• 拉弧仿真：在气固耦合模型中引入静电场，复现从局部击穿到完全击穿的全过程，探究高压拉弧安全边界；

• 机器学习预测：基于热扩散数据库训练数据驱动模型，快速分析电芯间隙、气凝胶厚度、液冷流速等关键因子，预测相邻电芯最高温度。

三、内容抢先看

本次直播将结合多个真实工程案例，演示电池热流体仿真项目从理论建模到方案优化的过程。

1、温度：锂电池性能、寿命与安全的核心约束

最佳工作区间25–40℃，温度每升高10℃老化速率约翻倍，超过150–200℃触发热失控链式反应。热流体仿真的价值，就在于在设计阶段预测温度场分布，减少物理样机迭代，缩短开发周期并降低成本。

2、生热：从Bernardi模型到热源输入

单位体积生热率 q = I(Voc − V) + IT·dVoc/dT，其中不可逆生热（欧姆热+极化热）占总生热70%–90%，可逆的熵变热放电时多为吸热。生热率与电流平方成正比，因此快充与大倍率放电始终是热管理的重点。

3、共轭传热（CHT）：电池包热仿真的理论核心

同时求解流体域（N-S方程+能量方程）与固体域（导热方程），在流固交界面上实现温度与热流密度的连续传递。冷却液在流道中流动，热量从电芯经铝壳、导热垫传导至冷板壁面，再被冷却液带走——整个过程无需人为给定对流换热系数。

4、热扩散仿真：从实验对标到方案优化

热扩散仿真 主要回答一个问题：靶电芯发生热失控后，相邻电芯会不会被「引燃」？建模完成后，先用实测数据标定，再用标定好的模型横向对比不同防护方案。

锂离子电池热失控机理与主要副反应

对标结果：靶电芯实测最高温度620℃、仿真612℃，偏差8℃；相邻电芯大面温度实测330.5℃、仿真322.7℃，偏差7.8℃——均远小于20℃的工程判据，模型可直接用于真实工程评估。

不同冷却策略与气凝胶厚度下的相邻电芯大面温度对比

5、储能电池包热仿真：三维精算与一维快算

液冷电池包采用「S」型双流道结构，几何简化后保留芯体、硅胶垫与液冷板，多面体+薄体+棱柱层网格总量1150万，并经网格无关性验证（关键指标变化＜2%–5%）后锁定方案。

液冷板结构与「S」型双流道

标准工况：最高温度31.315

三维仿真精度高但耗时长，方案筛选阶段可以用一维热网络模型快速迭代：把每个芯体离散成9块质量块，用热传导元件、带热端口的管道模型与恒热流源搭建一维模型，冷却液流向与三维保持一致。本案例中一维与三维电芯平均温度误差在10%–15%之间，系统压降误差8%（15.23kPa vs 16.57kPa），均在工程允许范围内。

单个芯体离散为9块质量块的一维模型

四、你将收获

• 了解热仿真技术的理论基础：传热学三大方式、锂电池生热机理、CFD控制方程与共轭传热方法；

• 了解锂离子电池热扩散仿真与热仿真的全流程仿真方法：从几何简化、网格划分、多物理场耦合设置到热源赋值与试验对标；

• 了解电池其他多物理场耦合仿真方法：排气仿真、拉弧仿真、机器学习辅助的热扩散预测；

• 掌握一套可复用的工程经验：网格无关性验证怎么做、边界条件与物性参数怎么取、仿真与实验偏差如何评估（＜20℃判据）；

• 获得储能电池包液冷方案的完整分析思路：标准/高温工况对比、均温性与压降权衡、一维快算与三维精算的配合。

五、适合谁看

• 从事新能源/锂电池学术研究的在校学生和高校教师；

• 从事或者打算从事新能源电池研发工作的在校学生及工程师；

• 其他对新能源电池仿真技术感兴趣的学员；

• 其他Star-CCM+软件学习者和应用者。

六、如何报名

9月23日（周三）20:00，锁定仿真秀APP直播间。

扫描下方二维码报名，与颜廷松博士一起，把热流体仿真真正用进锂电池研发！支持反复回看。

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