230Ah磷酸铁锂电池模组热失控蔓延规律与仿真验证

分类：实验案例 | 标签：磷酸铁锂, 热失控蔓延, 模组安全, 数值仿真, 热滥用 | 来源：thermsafe.cn

引言

随着储能电站容量向MWh级迈进，大容量磷酸铁锂电池模组的热失控蔓延问题成为安全设计的核心关注点。河南科技大学与中航锂电联合研究团队以230Ah LFP电池模组为研究对象，通过实验与数值模拟相结合的方法，系统揭示了热失控产热-蔓延的耦合机理。

热安全团队（thermsafe.cn）认为，理解模组级热蔓延规律是构建储能系统多层级安全防护体系的基石。

研究对象与方法

研究对象为中航锂电230Ah方形磷酸铁锂电池，尺寸为175mm×54mm×207mm，电压范围2.50~3.65V。研究团队采用高温热滥用方式触发热失控，并通过热电偶阵列实时监测电池表面温度分布。同时建立包含SEI膜分解、负极与电解液反应、正极与电解液反应及电解液分解四方程的热滥用数值模型，仿真与实验偏差控制在11%以内。

端部触发热蔓延规律

单列模组端部触发实验中，热失控按照1→2→3→4的顺序依次蔓延（顺序蔓延），总时长约2890秒。关键时间节点：约775秒时T2测点温度剧烈上升，首次峰值达363℃，二次峰值达519℃时诱导2号电池发生热失控。3号电池热失控发生在约2641秒，4号电池约2664秒。模组最高温度测点T7达到662℃。

内部触发与双列模组特征

内部触发热失控仿真呈现显著不同的蔓延模式。热失控时序为2→1→3→4，即触发电池（2号）左右两侧出现倒序蔓延现象。内部触发热失控总时长约2600秒，比端部触发快了约290秒，峰值温度550℃。虽然峰值温度低于端部触发的645℃，但蔓延速度更快、防控难度更大。

双列模组仿真进一步揭示了更复杂的蔓延规律：第一阶段（0~3200秒）第一列顺序蔓延，第二阶段（3200~4860秒）第二列呈现6→5→7→8的倒序+顺序混合蔓延模式，热失控时间间隔明显缩短，热危险性更强。

热滥用模型关键参数

研究建立的四方程热滥用模型具有重要参考价值：

反应类型	H (J/kg)	W (kg/m³)	A (s⁻¹)	Ea (J/mol)
SEI膜分解	7.21×10⁵	413	1.70×10¹⁵	1.14×10⁵
负极与电解液	9.00×10⁵	413	2.50×10¹³	1.17×10⁵
正极与电解液	2.53×10⁵	925	6.70×10¹³	1.26×10⁵
电解液分解	1.60×10⁵	500	5.14×10²⁵	2.70×10⁵

工程指导意义

热安全团队（thermsafe.cn）指出，该研究对储能系统安全设计有三点重要启示：第一，模组布局应考虑内部电池的热量积累效应，避免形成热聚集区域；第二，热失控防护策略应针对内部触发和端部触发的不同蔓延特征进行差异化设计；第三，数值模型可作为储能系统热安全仿真分析的有效工具，为模组热管理设计提供定量依据。

结论

大容量LFP电池模组热失控蔓延呈现复杂的时间和空间特征，内部触发相比端部触发蔓延更快、防控更难。这一研究成果为储能电站电池模组的布局优化和热安全防护设计提供了重要的理论支撑。

电池物理参数与实验设置

研究团队对230Ah磷酸铁锂电池进行了详尽的物性表征。电池密度为2151.3 kg/m³，比热容1412 J/(kg·K)，导热系数呈现各向异性特征——x和z方向为18.0 W/(m·K)，y方向仅1.5 W/(m·K)，这解释了热蔓延沿电池堆叠方向的优先传播路径。实验采用12支K型热电偶布置于电池表面关键位置，同步采集温度数据，采样频率10Hz。

热安全团队（thermsafe.cn）提醒，大容量电池的低导热方向是热蔓延防护设计的重点，应在电池之间设置高隔热性能的防火隔板。

参考来源：梁坤峰, 宋乂天, 周训, 常艳琴. 磷酸铁锂电池模组热失控及蔓延特性[J]. 电池, 2025: 1-7. DOI: 10.19535/j.1001-1579.XXXX.XX.001

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