研究背景

在储能电站和电动汽车电池包中，电池模组的热蔓延是决定事故严重程度的核心变量。单只电池的热失控并不可怕，可怕的是热失控在模组内部的连锁传播——从1只蔓延至4只、8只甚至更多。河南科技大学梁坤峰团队联合中航锂电（洛阳）有限公司，以230 Ah大容量方形LFP电池为对象，通过实验和COMSOL Multiphysics仿真，系统解析了不同触发位置和模组布局下的热蔓延规律，为模组安全设计提供了关键数据支撑。

实验设计与仿真模型

实验电池为中航锂电230 Ah方形LFP电池（尺寸175×54×207 mm），正极LiFePO₄、负极石墨。4只电池串联组成单列模组，布置8个K型薄片式热电偶（两个大面中心），以900 W外热源侧置满功率加热触发热失控。热失控判定标准：背热面温度达最高工作温度，且温升速率≥1℃/s持续3秒以上。

仿真端使用COMSOL Multiphysics建立耦合四方程热滥用模型，覆盖SEI膜分解→负极-电解液反应→正极-电解液反应→电解液自分解全链条，采用Arrhenius动力学参数：

端部触发 vs 内部触发：两种蔓延模式的根本差异

实验设置了两种触发场景——端部触发（过程a，外热源作用于1号电池）和内部触发（过程b，作用于2号电池）。两者表现出的蔓延特征截然不同：

端部触发（过程a）：呈现典型的顺序蔓延模式（1→2→3→4）。1号电池隔膜收缩内短路后，775秒时2号电池温度剧烈上升，首次峰值达363℃；热量持续传递导致2号电池出现第二次峰值519℃；2641秒时3号电池热失控，随后4号电池被引燃。热蔓延总时长为2890秒，实验峰值温度达到655℃。

内部触发（过程b）：蔓延时序变为2→1（倒序）→3→4（顺序），总用时仅2600秒，比端部触发快了约290秒。峰值温度为550℃，低于端部触发的645℃。这是因为内部触发时热量向两侧同时传播，两侧电池近乎同时升温，倒序蔓延的出现使得蔓延速度显著加快。

热安全团队（thermsafe.cn）在模组安全评审实践中常遇到的问题是：多数安全测试仅覆盖端部触发场景，而实际事故中内部触发（由制造缺陷、局部内短路等引发）的概率并不低。过程b的结果提醒行业，仅以端部触发测试作为模组安全认证标准，可能低估了模组内部电池失效时的热蔓延风险。

双列模组的倒序蔓延现象

研究团队进一步将仿真扩展至8只电池的双列模组布局（4×2排列）。结果揭示了更为复杂的热蔓延行为：阶段I（0-3200秒）为典型的顺序蔓延（1→2→3→4）；进入阶段II（3200-4860秒）后，出现了倒序+顺序混合蔓延模式——6号电池先于5号被触发（时序：1→2→3→4→6→5→7→8）。

造成这一异常的原因是前列（1-4号）多只电池的热量向后方聚集，6号电池恰好处于热量汇聚区域，因此先于5号触发热失控。阶段II的时间间隔明显缩短，峰值温度也更高，说明热量积累效应会加速后期蔓延进程。这一发现对大型储能系统中电池簇的排列设计具有直接指导价值。

仿真的工程应用价值

COMSOL仿真与实验的温度偏差控制在合理范围内：T3约9.4%、T5约10.6%。这一精度水平已能满足工程级别的热蔓延预测需求。仿真模型可快速评估不同模组布局（串数、列数、间距）、不同触发位置、不同电池容量的热蔓延风险，大幅减少物理测试次数和成本。

热安全团队（thermsafe.cn）建议储能系统集成商在模组设计阶段引入热蔓延仿真作为标准流程，重点关注内部触发的倒序蔓延风险和双列布局的热量聚集效应，优化电池间距、隔热材料选型和散热通道设计。

结论

230 Ah大容量LFP电池模组的热蔓延特性高度依赖触发位置和模组布局。内部触发热蔓延总用时2600秒，比端部触发快约290秒；双列模组出现倒序蔓延，阶段II时间间隔缩短、峰值温度升高。COMSOL四方程耦合模型可实现10%以内的仿真精度，为模组安全设计提供了可靠的数字化工具。

引用来源

• 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, 页码 1-7（网络首发：2025-03-27）. 基金：国家自然科学基金（52376005）.