電池?zé)崾Э?/h1> 關(guān)注 創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-30
電池?zé)崾Э氐囊曨l教程
動(dòng)力鋰離子電池包熱管理及熱失控分析 --CONVERGE計(jì)算方案【微信公眾號(hào)：艾迪捷】
電池組冷卻及熱失控主題概述 2. CONVERGE對(duì)電池組冷卻及熱失控的CFD分析方法 3. 熱失控燃燒分析案例演示
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新能源汽車電池包熱管理及熱仿真分析案例應(yīng)用解析
9、電池?zé)崾Э?/em>及熱蔓延抑制仿真分析，通過(guò)電芯的熱失控數(shù)據(jù)分析，得出電池不同狀態(tài)下的熱失控關(guān)鍵數(shù)據(jù)（T1、T2、T3以及生產(chǎn)總熱量、氣體攜帶的總熱量以及氣體燃燒產(chǎn)生的熱量等），模擬單電池在熱失控后對(duì)周邊電池以及模組的影響，判斷周邊電芯是否會(huì)觸發(fā)熱失控，通過(guò)獨(dú)有的技術(shù)對(duì)電池?zé)崾Э?/em>進(jìn)行處理，避免熱蔓延的產(chǎn)生。 10、一維Amesim仿真分析計(jì)算電池發(fā)熱量。
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Altair電池包解決方案系列研討會(huì)之電池熱-電耦合和熱失控仿真
Altair電池包解決方案系列研討會(huì)之電池?zé)?/em>-電耦合和熱失控仿真 1.SimLab Battery Solution 介紹； 2.電池包熱模型建模； 3.電池包熱管理和熱失控仿真。
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電池?zé)崾Э氐膶?shí)例教程
汽車電池?zé)崾Э?/em>是指電池在特定條件下，?內(nèi)部溫度急劇上升，?導(dǎo)致電池無(wú)法控制地進(jìn)入不可控狀態(tài)，?嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)電池自燃甚至爆炸。?這種狀態(tài)通常由幾個(gè)關(guān)鍵因素引起，?包括過(guò)熱、?過(guò)充、?內(nèi)短路和碰撞等。?當(dāng)電池的熱失控達(dá)到一定溫度后，?電池內(nèi)部的溫度會(huì)直線上升，?從而導(dǎo)致燃燒爆炸。
我們時(shí)不時(shí)會(huì)在新聞中看到電動(dòng)汽車起火的事故，電動(dòng)汽車起火事件中，很多時(shí)候都與汽車電池有關(guān)。作為電動(dòng)汽車的“心臟”，電池組的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)等環(huán)節(jié)都可能存在安全隱患。一旦電池出現(xiàn)問(wèn)題，就可能殃及其他。
所以今天我們就來(lái)剖析一下汽車電池?zé)崾Э?/em>的那些事。
part1「汽車電池?zé)崾Э?/em>原因」
汽車電池?zé)崾Э?/em>的原因主要包括過(guò)充電、?過(guò)放電、?過(guò)負(fù)荷、?外部短路、?內(nèi)部短路、?絕緣性下降以及電芯熱失控。?
過(guò)充電和過(guò)放電：?長(zhǎng)時(shí)間充電電流過(guò)大或電壓過(guò)高，?或動(dòng)力電池長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)度放電狀態(tài)，?都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力過(guò)大，?進(jìn)而引起電池內(nèi)部溫度升高，?最終引發(fā)熱失控。?
過(guò)負(fù)荷：?電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在使用過(guò)程中若長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)載狀態(tài)下，?也會(huì)造成熱失控。?
外部短路和內(nèi)部短路：?短路故障通常由于過(guò)充電和過(guò)放電導(dǎo)致，?電池內(nèi)阻增大后，?電解液分解出氣體，?引起氣體膨脹和爆炸，?產(chǎn)生大量熱量，?導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度迅速升高，?進(jìn)而引起熱失控。?
絕緣性下降：?電池絕緣性能下降，?可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，?從而引發(fā)熱失控。?
電芯熱失控：?電芯熱失控是導(dǎo)致電動(dòng)汽車動(dòng)力電池?zé)崾Э?/em>的主要原因之一，?涉及到電池內(nèi)部壓力過(guò)大和溫度升高的問(wèn)題。?
part2「為何汽車電池?zé)崾Э?/em>無(wú)法預(yù)測(cè)」
汽車電池?zé)崾Э?/em>無(wú)法預(yù)測(cè)的原因主要在于電池內(nèi)部復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程的難以預(yù)測(cè)性，?以及外部條件對(duì)電池安全性的影響。?
展開 來(lái)源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內(nèi)能源危機(jī)的出現(xiàn)，并在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，鋰離子電池獲得了蓬勃發(fā)展，然而電池?zé)崾Э?/em>被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動(dòng)汽車與新型儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池?zé)崾Э?/em>演變機(jī)制，并提出早期預(yù)警策略以防止火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。導(dǎo)致電池?zé)崾Э?/em>的根源，是電池內(nèi)部一系列復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的“鏈?zhǔn)礁狈磻?yīng)”。最具代表性的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)包括：外部電、熱、機(jī)械濫用→內(nèi)部產(chǎn)熱→SEI膜分解→負(fù)極與電解液反應(yīng)、產(chǎn)氣→隔膜熔化→內(nèi)部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應(yīng)、產(chǎn)氣→電解液分解、產(chǎn)氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！從局部短路到大面積短路，電池內(nèi)部溫度快速提升，可高達(dá)800℃以上，引發(fā)電池起火爆炸。由此可見，“溯源電池?zé)崾Э?/em>發(fā)生的內(nèi)在誘因，厘清各分步反應(yīng)之間的耦聯(lián)關(guān)系，揭示熱失控主導(dǎo)機(jī)制與動(dòng)力學(xué)規(guī)律，前移熱失控預(yù)警時(shí)間窗口”是從根本上解決儲(chǔ)能安全問(wèn)題的核心。然而，由于電池的密閉結(jié)構(gòu)和內(nèi)部復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)制，電池內(nèi)部核心狀態(tài)參量檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性無(wú)法保證。最新報(bào)道的具有“透視”檢測(cè)能力的科學(xué)儀器（如中子衍射、X射線衍射、冷凍電鏡等），由于儀器體積龐大、價(jià)格昂貴，無(wú)法應(yīng)用于電池使用終端。如何科學(xué)、及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)判電池安全隱患，成為當(dāng)前電池安全領(lǐng)域的國(guó)際性科學(xué)難題。
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫金華教授和王青松研究員團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)郭團(tuán)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種可植入電池內(nèi)部的多模態(tài)集成光纖原位監(jiān)測(cè)技術(shù)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了對(duì)商業(yè)化鋰電池?zé)崾Э?/em>全過(guò)程的精準(zhǔn)分析與提早預(yù)警。
展開 電解液消耗副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻急劇增加，但反應(yīng)的具體機(jī)理目前仍未清楚。在熱失控特性演變方面，電池正極材料的熱穩(wěn)定性在全生命周期內(nèi)無(wú)明顯變化，電池?zé)崾Э?/em>特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系的變化。其中，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池?zé)崾Э?/em>溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低，熱失控特性急劇變差。負(fù)極SEI膜增厚本身對(duì)電池?zé)崾Э?/em>特性影響不大。然而，當(dāng)SEI膜增厚消耗大量的可用鋰離子，引起負(fù)極嵌鋰量明顯下降時(shí)，電池負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性將會(huì)提升，相應(yīng)地，電池的熱失控特性也會(huì)變好，具體表現(xiàn)為自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。電解液消耗將導(dǎo)致電池?zé)崾Э?/em>釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。
4.總結(jié)
作者研究了不同老化路徑對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э?/em>行為的影響，發(fā)現(xiàn)老化過(guò)程中正極發(fā)生的副反應(yīng)（包括正極顆粒破碎、CEI膜增厚以及過(guò)渡金屬溶解等）對(duì)電池?zé)崾Э?/em>特性演變無(wú)明顯影響，電池全生命周期熱失控特性演變主要取決于負(fù)極材料+電解液反應(yīng)體系產(chǎn)熱特性的變化。具體地，電解液消耗會(huì)引起電池?zé)崾Э?/em>釋放的總能量減少，最高溫度T3降低。SEI膜增厚引起的負(fù)極嵌鋰量明顯下降將導(dǎo)致負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性提升，引起電池自產(chǎn)熱起始溫度T1升高，熱失控溫升速率降低。然而，負(fù)極析鋰將導(dǎo)致電池的絕熱熱失控性能急劇變差，具體表現(xiàn)為熱失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低。
—— 感謝閱讀 ——
展開 電化學(xué)電池以不可控制的方式通過(guò)自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。
什么是熱失控擴(kuò)散？
熱失控電池產(chǎn)生的熱量高于它可以消散的熱量時(shí)，熱量進(jìn)一步積累，可能導(dǎo)致火災(zāi)，爆炸和氣體釋放。如果電池系統(tǒng)中，由于一個(gè)電芯產(chǎn)生熱失控而引發(fā)其他電芯熱失控，即為熱失控擴(kuò)散。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴(kuò)散定義如表2所示。
熱失控的引發(fā)原因？
熱失控現(xiàn)象的產(chǎn)生原因可以分為兩類：內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要指在電池設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中產(chǎn)生的原因；外因主要指在電池運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中由于人員、外部條件等導(dǎo)致的原因。分類概括如下▼
鋰電池?zé)崾Э?/em>反應(yīng)特征非常劇烈-失控難控制
熱失控預(yù)警：儲(chǔ)能電池多維度安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)受到國(guó)家層面高度重視！
針對(duì)熱失控預(yù)警技術(shù)，2022年08月29，工信部公開征求對(duì)《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》的意見（以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見》）給出了指導(dǎo)意見。
電池系統(tǒng)集成、檢測(cè)評(píng)價(jià)和回收利用中指導(dǎo)意見：
加強(qiáng)儲(chǔ)能電池多維度安全測(cè)試技術(shù)、熱失控安全預(yù)警技術(shù)和評(píng)價(jià)體系的開發(fā)與應(yīng)用，突破電池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技術(shù)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)智能預(yù)警安防中指導(dǎo)意見：
開發(fā)基于聲、熱、力、電、氣多物理8參數(shù)的智能安全預(yù)警技術(shù)，以及高效、清潔的消防技術(shù)。
電池儲(chǔ)能安全該如何化解？
電池?zé)崾Э?/em>是指電池持續(xù)放熱的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池組溫度急劇上升，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒事故的過(guò)程。
展開 在所有的事故原因中，熱失控問(wèn)題占有很大比例。本文通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池?zé)崾Э?/em>過(guò)程的分析，設(shè)計(jì)出一套熱失控預(yù)警系統(tǒng)。這樣至少保證在整車發(fā)生熱失控之前能夠通知到車內(nèi)的乘客，避免造成人員傷亡，同時(shí)能夠盡量減少事故帶來(lái)的財(cái)產(chǎn)損失。
一、熱失控過(guò)程分析
鋰電池的熱失控主要是由于電池內(nèi)部產(chǎn)熱速率遠(yuǎn)大于散熱速率，在電池內(nèi)部積累了大量的熱量，從而引發(fā)單體電池的著火或爆炸。單體電池的熱失控又會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)電池系統(tǒng)，導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)甚至整車的起火或爆炸事故。
為研究動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控發(fā)生的過(guò)程，我們外接熱源的方式對(duì)電池進(jìn)行加熱從而引發(fā)熱失控。試驗(yàn)表明，在單體電池發(fā)生熱失控時(shí)伴隨有電池電壓的變化、電池及環(huán)境溫度的變化、電池包內(nèi)氣壓的變化及氣體成分的變化。我們將出現(xiàn)異常的的信號(hào)分為溫度、電壓、氣壓（或氣體成分）三個(gè)大類，分別進(jìn)行分析。
針對(duì)溫度信號(hào)在熱失控過(guò)程中的分析：電池的溫度在熱失控發(fā)生前會(huì)有一個(gè)持續(xù)的較快速率的上升過(guò)程，如圖1數(shù)據(jù)所示（橫軸時(shí)間單位為秒，縱軸溫度單位為℃），在前720秒的時(shí)間內(nèi)，溫度從室溫25℃持續(xù)升高到62℃。隨后發(fā)生單體電池的熱失控，溫度急劇上升到430℃。第一節(jié)電池能量釋放完之后溫度會(huì)下降，到第787秒第二節(jié)電池?zé)崾Э?/em>，同樣溫度短時(shí)間內(nèi)急劇上升。如此發(fā)生連環(huán)性的熱失控反應(yīng)，最后整個(gè)電池包都發(fā)生熱失控。
針對(duì)單體電池電壓信號(hào)在熱失控過(guò)程中的分析：電池的電壓在熱失控發(fā)生之前基本維持在平臺(tái)電壓保持不變。在熱失控發(fā)生的瞬間，實(shí)測(cè)在2秒內(nèi)電壓會(huì)下降到1V以下。圖2（橫軸時(shí)間單位為S，縱軸電壓?jiǎn)挝粸閂）中符合以上特征，第一個(gè)發(fā)生熱失控的電池在第720秒之前電壓恒定在4.13V，在第720后開始急劇下降，到第722秒幾乎降到0V，之后由于檢測(cè)電壓的電路受損燒毀均為無(wú)效值。
展開 
電池?zé)崾Э氐南嚓P(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
電池?zé)崾Э?/a>電池?zé)崾Э胤抡?/a>電池?zé)崾Э乇O(jiān)測(cè)鋰電池?zé)崾Э?/a>動(dòng)力電池?zé)崾Э?/a>電池系統(tǒng)熱失控仿真 熱仿真熱工程 熱失控?zé)崾Э責(zé)崾Э赝饬鲌?chǎng)動(dòng)力電池動(dòng)力電池?zé)崾Э赝饬?/a>熱失控?zé)崾Э赝饬鲌?chǎng)動(dòng)力電池動(dòng)力電池?zé)崾Э赝饬鲌?chǎng)動(dòng)力拖車勾拖車熱失控?zé)崾Э赝饬鲌?chǎng)動(dòng)力電池動(dòng)力電池?zé)崾Э?/a>熱失控?zé)崾Э赝饬鲌?chǎng)動(dòng)力電池動(dòng)力電池fluent熱電池?zé)崾Э厥Э?/a>電池?zé)崾Э匾豪浒逋負(fù)鋬?yōu)化電池?zé)崾Э匾豪浒逋負(fù)鋬?yōu)化
電池?zé)崾Э氐淖钚聝?nèi)容
電池?zé)崾Э?/em>沸騰吸熱機(jī)理
磷酸鐵鋰電池在儲(chǔ)能電站中應(yīng)用廣泛，但其熱安全風(fēng)險(xiǎn)威脅電站運(yùn)行。大容量磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э?/em>呈現(xiàn)顯著的三維分布特性，內(nèi)部電解液沸騰極大增加了傳熱過(guò)程復(fù)雜性，制約高安全電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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(xì)模型，核心創(chuàng)新在于量化表征電解液吸熱相變及其對(duì)后續(xù)傳熱的影響。
3.【2025年行業(yè)最佳實(shí)踐獎(jiǎng)】張高陽(yáng) | 重慶大學(xué) 碩士研究生，電池系統(tǒng)熱失控多物理場(chǎng)建模及高溫氣體疏導(dǎo)措施研究：電池系統(tǒng)熱失控多物理場(chǎng)建模及高溫氣體的產(chǎn)生機(jī)理和疏導(dǎo)措施都是電池?zé)岚踩臒狳c(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過(guò)機(jī)理研究，UDF實(shí)施，對(duì)電池?zé)岚踩浅Ｓ袃r(jià)值。
隨著非化石能源開發(fā)與儲(chǔ)能技術(shù)的跨越式發(fā)展，新能源汽車及高密度數(shù)據(jù)中心對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的能量密度提出了極高的要求。在充放電循環(huán)中，動(dòng)力電池內(nèi)部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產(chǎn)生。若無(wú)法及時(shí)耗散熱量，局部熱點(diǎn)的積聚不僅會(huì)加速電池老化，在極端工況下更易引發(fā)熱失控（Thermal Runaway），導(dǎo)致電池起火乃至爆炸的災(zāi)難性后果。因此，構(gòu)建高效、安全的熱管理系統(tǒng)是突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的核心任務(wù)。
傳統(tǒng)的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大
</p><p>新規(guī)下對(duì)整車性能設(shè)計(jì)提出更高要求，電池安全、熱失控、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度顯著提升，而仿真驅(qū)動(dòng)的研發(fā)模式正在成為破局關(guān)鍵。運(yùn)用多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，能夠在產(chǎn)品開發(fā)早期實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱管理、電池安全、以及整車系統(tǒng)耦合行為的預(yù)測(cè)與優(yōu)化，大幅降低試錯(cuò)成本，加快產(chǎn)品合規(guī)迭代<strong>。
RHEL 9 / Ubuntu 22.04）+ Windows 雙系統(tǒng)
DAKOTA、OpenTURNS 在 Linux 下生態(tài)更完整；Windows 保留下游 CAD 兼容性
功耗預(yù)估
1000W–1400W
建議配 1600W 80Plus 鉑金電源
適用場(chǎng)景：電池包熱失控
太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲(chǔ)存起來(lái)。將多塊太陽(yáng)能電池板排列成陣列，并隨太陽(yáng)光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽(yáng)能。
在仿真案例中，將一個(gè)簡(jiǎn)單的球體放置在典型的硅材料太陽(yáng)能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達(dá)板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對(duì)流，僅研究輻射效應(yīng)。
目標(biāo)
觀察由于一個(gè)發(fā)熱物體的輻射作用，太陽(yáng)能電池板上的熱流密度和溫度分布。
新規(guī)下對(duì)整車性能設(shè)計(jì)提出更高要求，電池安全、熱失控、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度顯著提升，而仿真驅(qū)動(dòng)的研發(fā)模式正在成為破局關(guān)鍵。運(yùn)用多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，能夠在產(chǎn)品開發(fā)早期實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱管理、電池安全、以及整車系統(tǒng)耦合行為的預(yù)測(cè)與優(yōu)化，大幅降低試錯(cuò)成本，加快產(chǎn)品合規(guī)迭代。
氫氣是鋰電池?zé)崾Э?/em>初期最先釋放的特征氣體之一，且擴(kuò)散速度快、響應(yīng)靈敏。通過(guò)部署能夠探測(cè)500 ppm低濃度氫氣的傳感器，系統(tǒng)可在電芯泄放氣體但尚未大量積聚時(shí)，就捕捉到異常信號(hào)。
· 結(jié)構(gòu)分析：線性 / 非線性靜力、模態(tài)、屈曲、疲勞、斷裂，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)強(qiáng)度、剛度、壽命；
· 動(dòng)力學(xué)仿真：碰撞沖擊、振動(dòng)噪聲、跌落、爆炸，適配汽車安全、航空防護(hù)、電子可靠性等場(chǎng)景；
· 多物理場(chǎng)耦合：電磁 - 熱 - 結(jié)構(gòu)、熱 - 流體、結(jié)構(gòu) - 聲學(xué)一體化分析，完美契合新能源電機(jī)、電池?zé)崾Э?/em>、電子散熱等前沿需求；
· 行業(yè)專屬工作流：汽車碰撞、航空結(jié)構(gòu)、電機(jī)優(yōu)化、電池安全、金屬成型，開箱即用
四大核心挑戰(zhàn)：
"三電"系統(tǒng)效率：電機(jī)、電控、電池的協(xié)同優(yōu)化
電池?zé)?/em>管理：熱失控風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與預(yù)防
ADAS驗(yàn)證：自動(dòng)駕駛算法的安全性與可靠性
功能安全（ISO 26262） ：滿足嚴(yán)苛的國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)
NO.1 SaberRD關(guān)于電力電子方向的新功能介紹
核心價(jià)值：IGBT/MOSFET等特征化建模更新，測(cè)試自動(dòng)化更新；SaberRD
