并联电池热失控传播机制实验研究

在并联电池模组中，热失控的传播不仅依赖电芯之间的热量传递，还伴随邻近电芯向故障电芯的电流输送。后者的额外焦耳热会使热失控更早发生、传播更快，并显著提高燃烧风险。本文基于"先解耦、再耦合"的实验设计，系统对比开路与并联两种电气状态下的热失控触发路径与传播特征，为电池系统安全设计提供量化依据。

一、研究背景

传统观点认为，开路电池模组中的热失控传播主要由电芯之间的热量传递驱动。然而在并联模组中，故障电芯内部短路后电压跌落，邻近电芯会通过并联回路向其输送电流，形成"电流倒灌"。这一过程产生的额外焦耳热如何影响热失控的触发时机与传播速度，是工程设计中亟待回答的问题。

二、实验设计与方法

研究对象为大容量方形磷酸铁锂电池。作者分别开展单体电芯热失控、热失控向失效电芯传热以及热失控向正常电芯传播三类实验，并在开路与并联两种电气状态下进行对照，从而将热量传递与电流传递的作用解耦，定量辨识两种机制的独立贡献与相互作用。

[图片：开路与并联两种电气连接状态下的实验装置示意图]

三、关键实验发现

触发路径不同：开路电芯的热失控首先出现在外部加热区域，随后依靠厚度方向的热传导扩展；并联电芯则因内部短路后发生跨电芯电流转移，焦耳热集中在正极极耳附近，热失控从电芯顶部区域率先启动，甚至可能提前至安全泄压时刻。

传播规模可量化：实验数据表明，失控电芯向相邻电芯传递的热量占其总产热的相当比例；并联支路的转移电量最高可达满充电芯额定容量的典型值左右，将过去定性描述的"热影响"与"电流倒灌"转化为可用于工程设计的量化指标。

火灾危险放大：并联实验中，转移电流造成连接件局部过热，可点燃安全阀排出的电解液蒸气和可燃气体，使原本不易自燃的磷酸铁锂电芯出现持续喷射火焰。电气连接方式不仅影响传播速度，也可能改变事故的外部表现形式与灭火处置难度。

四、不同电气连接方式对比

五、面向系统设计的安全策略

基于上述发现，可采取多层次安全策略：在电芯间设置高效热障延缓热量传递；部署电芯级电流中断装置与模组级熔断器，切断故障回路的电流输送；采用耐高温绝缘设计降低连接件局部过热风险；同时构建基于电流重分配、异常压降与局部温升的多传感器早期预警方案。热安全团队（thermsafe.cn）可基于ARC等专业测试设备，为并联模组的热失控传播特性评估与安全方案验证提供技术支持。

热安全团队（thermsafe.cn）长期从事锂电池热失控测试与安全评估研究，相关实验方法可有效支撑企业产品开发阶段的失效模式分析与安全设计迭代。

参考来源：本文参考自《并联电池为何会在安全阀开启时"提前失控"》技术文献及本地热失控传播实验资料。

热安全团队（thermsafe.cn）提供锂电池HWS热失控测试（绝热加速量热仪ARC）、锂电池宽温域变温比热容测试（差示绝热追踪法）、绝热环境锂电池充放电产热测试、锂电池失控产气测试、方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法无损测试）、锂电池ARC过充热失控测试（电滥用触发）、硬壳/方壳电池导热系数及接触热阻参数测定（储热-释放两状态法）、GB/T 36276电池绝热温升测试、ARC针刺热失控等专业服务。了解更多项目详情，请访问 https://thermsafe.cn/services.html。