“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示

本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。

作品名稱：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間相變吸熱與噴發研究

作者： 王佩犇 | 中國農業大學 博士生

關鍵詞：磷酸鐵鋰電池，熱失控建模，噴發降溫，電解液沸騰

作者說

Ansys Fluent求解器穩定可靠，成熟的仿真能做好，難的仿真它能做，開發模型總能快人一步。在面向工程時經常出現的新現象，在明晰機理后總能通過Ansys軟件建立模型。使用者擁有Ansys這款軟件，將具有方法論引領行業前沿的潛力，是高校科研與企業開發必不可少的關鍵工具。

圖1. 電池熱失控沸騰吸熱機理

磷酸鐵鋰電池在儲能電站中應用廣泛，但其熱安全風險威脅電站運行。大容量磷酸鐵鋰電池熱失控呈現顯著的三維分布特性，內部電解液沸騰極大增加了傳熱過程復雜性，制約高安全電池系統設計。為深入理解并量化電解液相變吸熱在熱失控傳熱中的作用，本研究建立了精細模型，核心創新在于量化表征電解液吸熱相變及其對后續傳熱的影響。模型驗證表明：電池表面溫度計算與實驗結果高度吻合(決定系數R2 > 0.9)。該模型為儲能系統安全設計提供了重要手段工具。

挑戰/需求

圖2. 熱失控產熱驅動電解液沸騰；(a) 三維溫度分布；(b)電解液沸騰界面與熱失控前鋒面

儲能磷酸鐵鋰電池熱失控期間存在電解液沸騰吸熱行為，電池內部傳熱復雜。阻礙了高安全電池的設計。急需明晰電池電解液沸騰吸熱原理，建立考慮電解液沸騰吸熱的熱安全模型，以指導電池安全設計。

使用工具：Ansys Fluent

最終成果

圖3. 模型與實驗對標；(a) 電池溫度對標；(b) 反應與質量對比

• 機理：LFP電池泄壓降溫是：定容過程下的過熱電解液在定壓狀態下發生了沸騰與蒸發導致；
• 模型：提出了電池內壓-溫度實驗關聯式以及電解液沸騰蒸發吸熱方程。前者用于預測電池內部氣壓，后者用于計算三維的電解液吸熱行為；
• 設計：電解液在卷芯內局部滲透性不宜過差，過差可能導致熱失控提前。安全閥開啟壓力不應過低，過低同樣會導致熱失控提前。

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