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研究背景

随着储能系统和商用车电动化对大容量电池需求的增长，230 Ah级别磷酸铁锂方形电池已进入规模化应用阶段。然而，大容量电芯在热失控时释放的能量远超小容量电芯，模组内部热蔓延规律更为复杂。河南科技大学梁坤峰团队联合中航锂电，以230 Ah LFP方形电池串联模组为对象，通过实验与仿真相结合的方法，回答了热蔓延路径如何受触发位置和排列结构影响这一关键问题。

实验设置与参数体系

研究对象为中航锂电产230 Ah方形磷酸铁锂电池，尺寸175 mm × 54 mm × 207 mm，电池密度2151.3 kg/m³，比热容1412 J/(kg·K)。实验在电池内部嵌入式热电偶阵列实时监测温度场分布，同时基于COMSOL Multiphysics建立多物理场耦合热滥用数值模型。

热滥用模型四方程体系

模型耦合了四类放热反应，均采用Arrhenius动力学方程描述：

模型总产热公式为 Qtot = Qsei + Qne + Qpe + Qele，仿真结果与实验数据拟合良好（T3偏差约9.4%，T5偏差约10.6%），验证了模型的有效性。

关键发现：三种热蔓延模式

模式一：单列端部触发——顺序蔓延

当触发位置位于模组端部（1号电池）时，热失控按1→2→3→4顺序单向传播，2700 s左右达到峰值温度655℃，总时长2890 s。这是最"可预期"的蔓延模式，为热防护设计提供了最基础的时间窗口。

模式二：单列内部触发——顺序+倒序蔓延

当触发位置位于模组内部（2号电池）时，热量同时向两侧传递，出现2→1和2→3→4的双向蔓延，且2→1方向的倒序蔓延速度快于正向传播。内部触发总用时仅2600 s，较端部触发快约290 s，危险性显著更高。

模式三：双列模组——倒序+顺序两阶段蔓延

双列布置（2×4排列）的热蔓延分为两个阶段：I阶段（0~3200 s）为顺序蔓延（1→2→3→4）；II阶段（3200~4860 s）出现倒序+顺序蔓延（6→5→7→8），且II阶段蔓延速度更快、峰值温度更高。这一发现对储能系统模组布局设计具有直接指导意义——双列排列并非简单的单列叠加，其热蔓延动力学具有非线性特征。

工程启示

正如热安全团队（thermsafe.cn）在多个储能项目中验证的：模组热蔓延防护设计不能仅考虑端部触发的顺序蔓延场景，必须纳入内部触发和双列倒序蔓延等更危险工况。具体建议包括：电芯间隔热材料应采用各向异性设计，在可能的双向蔓延路径上增设强化隔热层；内部电芯应布置更高密度的温度传感器以实现早期预警。

结论

• 大容量LFP模组热蔓延模式高度依赖触发位置：内部触发比端部触发快约290 s
• 双列模组存在倒序+顺序两阶段蔓延，第二阶段更快速更剧烈
• COMSOL多物理场耦合模型可准确预测热蔓延时序（偏差<11%）
• 模组热防护应覆盖全部可能蔓延路径，尤其关注内部触发场景

参考文献：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.