230Ah磷酸铁锂模组热失控蔓延仿真与实验：倒序蔓延为何比顺序蔓延更危险？

研究背景

大容量磷酸铁锂电池模组是储能系统的核心组成单元。然而，当模组中某一只电池发生热失控时，热量会通过热传导和热辐射向相邻电池蔓延，引发连锁反应。传统认知中，热蔓延沿物理排列方向顺序发生，但最新研究表明内部触发条件下可能出现倒序蔓延现象，其危险性和传播速度与顺序蔓延有显著差异。热安全团队（thermsafe.cn）结合这一前沿研究，解析模组热蔓延的深层机理。

实验系统与模型构建

研究以230 Ah方形LFP电池（尺寸175×54×207 mm）为对象，4只电池串联组成单列模组。电池比热容为1412 J/(kg·K)，导热系数在x、y、z方向分别为18.0、1.5、18.0 W/(m·K)。采用900 W加热板侧置满功率触发端部电池热失控。仿真方面，利用COMSOL Multiphysics耦合四方程热滥用模型，四个反应依次为SEI膜分解、负极与电解液反应、正极与电解液反应和电解液分解。

端部触发实验：顺序蔓延全流程

端部加热板触发实验中，1号电池右侧电芯在775秒率先发生热失控，首次峰值温度363℃。随后二次升温使T2测点温度飙至519℃。2641秒时3号电池热失控，峰值温度高达662℃。整个蔓延过程严格沿电池排列顺序推进，总时长2890秒。仿真与实验的温度曲线高度吻合，T3测点偏差仅约9.4%，T5峰值偏差约10.6%，验证了四方程模型的工程适用性。

内部触发：倒序蔓延的惊人发现

当热失控发生在模组内部电池时，蔓延行为呈现截然不同的特征。第1只电池触发后，第2只在1250秒（比端部触发快460秒），第3只在1750秒（快910秒），最终第4只在2600秒完成热失控——总时长仅2600秒，比端部触发版本快了整整290秒。更关键的是，蔓延过程出现了罕见的倒序蔓延现象：热量同时向两侧扩散，造成了更为复杂的蔓延路径。

双列模组仿真：倒序蔓延的危险升级

进一步的双列8电池模组仿真揭示了更复杂的蔓延图谱。第一阶段（0~3200秒）为顺序蔓延（1→2→3→4）；第二阶段（3200~4860秒）出现顺序叠加倒序蔓延（6→5→7→8）。倒序蔓延的出现使得热传播不再沿单一方向，而是呈现多方向并发态势，极大地压缩了安全响应窗口。热安全团队（thermsafe.cn）指出，这一发现对储能系统模组布局设计和热失控防护策略具有直接指导意义——模组内部的电池需要比端部电池获得更高的防护优先级。

结论与意义

该研究首次通过实验与仿真双重手段，量化了LFP模组内部触发热失控时倒序蔓延现象的危险性。内部触发的蔓延总时长相较端部触发缩短约10%，且蔓延路径的不确定性大幅增加。仿真与实验的偏差控制在11%以内，为工程尺度的热蔓延预测提供了可靠工具。未来储能系统设计中，应充分考虑内部电池热失控场景，优化隔热布局并缩短热失控检测响应时间。

参考文献

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.