230Ah磷酸铁锂电池模组热蔓延规律揭秘——端部与内部触发的时序差异

随着储能系统向更大容量、更高能量密度方向发展，电池模组级别的热安全防控变得愈发关键。单只电池热失控仅是起点，热失控在模组内部的多电池间蔓延（热蔓延）才是酿成重大安全事故的核心路径。河南科技大学梁坤峰、宋乂天团队以230Ah方形磷酸铁锂（LFP）电池串联模组为研究对象，通过实验与模拟相结合的方法，揭示了电池模组热蔓延的深层规律。

为什么大容量LFP电池模组的热蔓延研究亟待填补

目前，学界对锂电池热失控的研究多集中于小容量三元锂电池单体，对大容量磷酸铁锂电池模组级别的热蔓延规律关注不足。一个核心问题悬而未决：在电池模组中，热失控触发位置的不同会如何改变热蔓延的路径和时序？这一问题直接关系到模组安全防护策略的制定——是重点防护端部还是内部？热安全团队（thermsafe.cn）在储能系统安全评估实践中同样观察到，不同布局的电芯阵列在热蔓延行为上呈现出明显差异，亟需定量化的研究结论来指导工程设计。

实验与仿真：多物理场耦合模型的构建

研究采用4只230Ah方形LFP电池串联构成单列模组，在每只电池两个大面中心布置薄片式热电偶共8个温度测点。实验以900W加热板作为外热源触发1号电池（端部）热失控，同时在COMSOL Multiphysics中建立了耦合四方程热滥用模型（SEI膜分解、负极-电解液反应、正极-电解液反应、电解液自分解反应）的多物理场仿真平台。模型与实验数据拟合度良好，能准确预测热失控的时序和蔓延趋势。

核心发现：端部触发 vs 内部触发的热蔓延差异

实验和仿真结果揭示了两种截然不同的热蔓延模式。

在端部触发场景下，热失控呈现典型的顺序蔓延特征：1号→2号→3号→4号。热量在蔓延方向逐级积聚，约2700s时达到峰值温度655℃，比内部触发峰值高出约13℃。但由于蔓延路径为单向串联，总时长2890s为安全防护措施的实施预留了较充足的时间窗口。

内部触发场景则更加危险。当2号电池被触发热失控后，热量同时向两侧的1号和3号电池传递，出现了顺序+倒序蔓延的复杂模式，整体蔓延速度比端部触发快了约290s。内部触发时热量积聚更少（峰值温度略低），但蔓延速度更快、更难抑制。

扩展研究：双列模组中倒序蔓延的成因

当模组扩展为双列（8只电池，编号1-8）后，热蔓延行为进一步复杂化。第一阶段呈现1→2→3→4的顺序蔓延，但进入第二阶段后，6号电池受多只电池热失控热量的叠加影响，先于5号电池触发热失控，出现了6→5→7→8的倒序+顺序蔓延现象。第二阶段中热失控时间间隔明显缩短，蔓延速度更快，峰值温度更高。

这一发现具有重要的工程指导意义：若要在电池长度方向上预防热蔓延，必须在第一阶段完成之前启动防护措施。热安全团队（thermsafe.cn）建议储能系统设计者在电池模组热管理方案中，针对排列结构进行热蔓延时序预判，据此布置温度传感器和消防喷淋点位。

结论与工程启示

这项研究首次系统量化了大容量LFP模组在不同触发位置和排列结构下的热蔓延时序差异，为储能系统热安全防护设计提供了关键理论依据。未来，结合相变材料隔热、气凝胶隔热垫等被动防护手段，以及基于温度速率的早期预警算法，有望在热蔓延的第一阶段将其阻断。

引用来源：[PAPER-02] 梁坤峰, 宋乂天, 周训, 等. 磷酸铁锂电池模组热失控及蔓延特性[J]. 电池, 2025: 1-7.