熱失控
關注創建者：Liang_1597 創建時間：2018-11-21
熱失控的視頻教程
Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真
Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-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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Comsol的18650鋰電池熱失控PDE建模
熱失控實驗 此次我們根據論文，借助Comsol的PDE模塊進行建模， 復現了18650熱失控的基本過程。 有興趣的可以點擊購買，查看視頻，也可以加我交流模型。
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熱失控的實例教程
1.2 特征溫度規律
Feng等揭示了熱失控特征溫度規律，認為熱失控有3個特征溫度T1、T2、T3，如圖3所示。T1為自產熱起始溫度，從此溫度開始，內部活性物質開始具有明顯的放熱反應，此階段各反應有重疊發生且持續時間長；T2為熱失控觸發溫度，此溫度代表電池內部發生內短路，熱失控此時發生，溫度瞬時升高，氣體產生并迅速積累，容易形成射流火焰；T3為熱失控最高溫度，表示電池在熱電化學能量都被釋放出來時電池可達到的最高溫度，此溫度一般對應最高的熱釋放速率，幾乎和熱失控觸發溫度T2同時出現。Zhang等、Liu等和Zhao等利用不同濫用方式觸發熱失控的研究均驗證了此規律的正確性。據此，可將熱失控劃分為3個時期：T1～T2為熱失控早期，T2～T3為熱失控發生期，T3之后為火災初期。熱失控特征溫度規律可為熱失控防控技術與措施提供參考，即如果能在熱失控早期將熱失控演化的信號識別出來，就可以避免火災事故的發生。
圖3熱失控特征溫度規律
1.3 熱失控產氣規律
電池熱失控致使火災事件發生，電池內部副反應除了貢獻了熱量，還釋放了大量可燃、有毒氣體。可燃氣體在電池殼密閉空間迅速產生形成了鋰電池火災的特殊現象射流火。結合目前對熱失控氣體成分的測量發現，產生的共性氣體有CO、H2、CO2、CH4、C2H6、HF、電解液蒸汽等。對熱失控產氣規律的認識有助于理解電池的燃爆特性并提供防控思路。進一步地，Mao等建立了18650型鋰電池的集總模型，填補了熱失控過程中關于氣體產生速率和射流速度的知識空白。Li等根據熱失控噴發氣體火災三角形，指出打破火災三角形邊界任何一個因素都可以阻止熱失控氣體著火。此外，Zhang等對氣體毒性進行了評估，Mier等提供了計算電池內部壓力積聚的方法，增進了對熱失控產氣的認識。
1.4 內短路機理
Maleki等采用實驗和熱建模的方法研究了內短路。
展開 汽車電池熱失控是指電池在特定條件下，?內部溫度急劇上升，?導致電池無法控制地進入不可控狀態，?嚴重時可能引發電池自燃甚至爆炸。?這種狀態通常由幾個關鍵因素引起，?包括過熱、?過充、?內短路和碰撞等。?當電池的熱失控達到一定溫度后，?電池內部的溫度會直線上升，?從而導致燃燒爆炸。
我們時不時會在新聞中看到電動汽車起火的事故，電動汽車起火事件中，很多時候都與汽車電池有關。作為電動汽車的“心臟”，電池組的設計、制造、使用和維護等環節都可能存在安全隱患。一旦電池出現問題，就可能殃及其他。
所以今天我們就來剖析一下汽車電池熱失控的那些事。
part1「汽車電池熱失控原因」
汽車電池熱失控的原因主要包括過充電、?過放電、?過負荷、?外部短路、?內部短路、?絕緣性下降以及電芯熱失控。?
過充電和過放電：?長時間充電電流過大或電壓過高，?或動力電池長時間處于過度放電狀態，?都會導致電池內部壓力過大，?進而引起電池內部溫度升高，?最終引發熱失控。?
過負荷：?電動汽車動力電池在使用過程中若長時間處于過載狀態下，?也會造成熱失控。?
外部短路和內部短路：?短路故障通常由于過充電和過放電導致，?電池內阻增大后，?電解液分解出氣體，?引起氣體膨脹和爆炸，?產生大量熱量，?導致電池內部溫度迅速升高，?進而引起熱失控。?
絕緣性下降：?電池絕緣性能下降，?可能導致電池內部短路，?從而引發熱失控。?
電芯熱失控：?電芯熱失控是導致電動汽車動力電池熱失控的主要原因之一，?涉及到電池內部壓力過大和溫度升高的問題。?
part2「為何汽車電池熱失控無法預測」
汽車電池熱失控無法預測的原因主要在于電池內部復雜化學反應和物理過程的難以預測性，?以及外部條件對電池安全性的影響。?
展開 在所有的事故原因中，熱失控問題占有很大比例。本文通過對動力電池熱失控過程的分析，設計出一套熱失控預警系統。這樣至少保證在整車發生熱失控之前能夠通知到車內的乘客，避免造成人員傷亡，同時能夠盡量減少事故帶來的財產損失。
一、熱失控過程分析
鋰電池的熱失控主要是由于電池內部產熱速率遠大于散熱速率，在電池內部積累了大量的熱量，從而引發單體電池的著火或爆炸。單體電池的熱失控又會擴散到整個電池系統，導致整個電池系統甚至整車的起火或爆炸事故。
為研究動力電池系統熱失控發生的過程，我們外接熱源的方式對電池進行加熱從而引發熱失控。試驗表明，在單體電池發生熱失控時伴隨有電池電壓的變化、電池及環境溫度的變化、電池包內氣壓的變化及氣體成分的變化。我們將出現異常的的信號分為溫度、電壓、氣壓（或氣體成分）三個大類，分別進行分析。
針對溫度信號在熱失控過程中的分析：電池的溫度在熱失控發生前會有一個持續的較快速率的上升過程，如圖1數據所示（橫軸時間單位為秒，縱軸溫度單位為℃），在前720秒的時間內，溫度從室溫25℃持續升高到62℃。隨后發生單體電池的熱失控，溫度急劇上升到430℃。第一節電池能量釋放完之后溫度會下降，到第787秒第二節電池熱失控，同樣溫度短時間內急劇上升。如此發生連環性的熱失控反應，最后整個電池包都發生熱失控。
針對單體電池電壓信號在熱失控過程中的分析：電池的電壓在熱失控發生之前基本維持在平臺電壓保持不變。在熱失控發生的瞬間，實測在2秒內電壓會下降到1V以下。圖2（橫軸時間單位為S，縱軸電壓單位為V）中符合以上特征，第一個發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，之后由于檢測電壓的電路受損燒毀均為無效值。
展開 二、熱失控原因
電池熱失控的誘導因素較為復雜，且鋰離子電池具有較高的溫度敏感性，非常規工作溫度會導致電池內部副反應加劇，產熱增加，從而引起電池溫度升高。如果無法及時散熱，電池可能會進入熱失控狀態。熱量的持續積累會造成鋰電池溫度的持續升高，當溫度升高到200oC以上時，會誘發燃燒甚至爆炸等事故。
具體分為以下：
1、能量傳導
熱能傳導：當電池發生熱失控時，通過電池正面接觸而產生的側向加熱非常劇烈，導致被加熱電池內部在厚度方向上溫度梯度變大，由于電池前端面溫度達到熱失控觸發溫度進而產生熱擴散。
2、電能傳導
某一電芯單體熱失控與隔膜大面積收縮造成內部短路，這兩者可互為因果關系，最終都會造成發生熱失控的電芯能量迅速下降。在電池模塊并聯單元中，其他電芯會向發生熱失控的電芯放電，導致發生熱失控的 電芯溫度升高更多，同時，靠近已發生熱失控單體的電芯將比遠端電芯以更大功率放電，導致其溫度迅速升高，從而促進熱失控的擴散。
3、機械能傳導
某一電芯單體發生熱失控，可能會對模組機械結構造成影響，或者其發生爆炸造成瞬間大量能量釋放，對其周邊的電芯也會造成一定程度的機械損傷，而這些機械損傷將增加其周邊電芯發生失效的風險，嚴重 時可直接導致其周邊電芯發生熱失控。
4、其他
電池發生熱失控時會噴出高溫氣體和顆粒混合物，這些氣體具有可燃性，極易發生火災，這些高溫噴出物以及噴出物燃燒產生的火焰會加熱周圍電池，從而加速熱擴散的進程。
三、熱失控防范
乘員安全最終是目的和出發點，也是最高標準前端某一環節的絕對安全，才能確保最終的乘員安全。
展開 通過對儲能事故分析發現，造成事故的主要因素有以下幾點：鋰離子電池熱失控。儲能電池單體因質量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致鋰離子電池內短路，引發電池熱失控起火，在熱濫用的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發生爆炸。
什么是電池熱失控？
電化學電池以不可控制的方式通過自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。
什么是熱失控擴散？
熱失控電池產生的熱量高于它可以消散的熱量時，熱量進一步積累，可能導致火災，爆炸和氣體釋放。如果電池系統中，由于一個電芯產生熱失控而引發其他電芯熱失控，即為熱失控擴散。國家標準GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴散定義如表2所示。
熱失控的引發原因？
熱失控現象的產生原因可以分為兩類：內因和外因。內因主要指在電池設計及制造過程中產生的原因；外因主要指在電池運輸、安裝及運行維護過程中由于人員、外部條件等導致的原因。分類概括如下▼
鋰電池熱失控反應特征非常劇烈-失控難控制
熱失控預警：儲能電池多維度安全監測預警技術受到國家層面高度重視！
針對熱失控預警技術，2022年08月29，工信部公開征求對《關于推動能源電子產業發展的指導意見（征求意見稿）》的意見（以下簡稱《指導意見》）給出了指導意見。
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使用工具：Ansys Fluent
最終成果
圖3.
3.【2025年行業最佳實踐獎】張高陽 | 重慶大學 碩士研究生，電池系統熱失控多物理場建模及高溫氣體疏導措施研究：電池系統熱失控多物理場建模及高溫氣體的產生機理和疏導措施都是電池熱安全的熱點和難點。本文通過機理研究，UDF實施，對電池熱安全非常有價值。
若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發熱失控（Thermal Runaway），導致電池起火乃至爆炸的災難性后果。因此，構建高效、安全的熱管理系統是突破產業瓶頸的核心任務。
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。
</p><p>新規下對整車性能設計提出更高要求，電池安全、熱失控、結構設計復雜度顯著提升，而仿真驅動的研發模式正在成為破局關鍵。運用多物理場仿真技術，能夠在產品開發早期實現對結構強度、熱管理、電池安全、以及整車系統耦合行為的預測與優化，大幅降低試錯成本，加快產品合規迭代<strong>。
9 / Ubuntu 22.04）+ Windows 雙系統
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適用場景：電池包熱失控
新規下對整車性能設計提出更高要求，電池安全、熱失控、結構設計復雜度顯著提升，而仿真驅動的研發模式正在成為破局關鍵。運用多物理場仿真技術，能夠在產品開發早期實現對結構強度、熱管理、電池安全、以及整車系統耦合行為的預測與優化，大幅降低試錯成本，加快產品合規迭代。
其核心工作原理基于將輸入電源（交流或直流）轉換為適合LED工作的?恒流輸出?，以確保亮度穩定、延長壽命并避免熱失控。
恒流驅動必要性?：LED的正向電壓-電流（V/I）特性非常陡峭，且具有?負溫度系數?（溫度升高時導通電壓下降）。若采用恒壓驅動，微小的電壓波動會導致電流大幅變化，進而引起亮度不穩定甚至燒毀LED。因此，必須采用?恒流驅動??。
局部溫升不僅會影響材料的力學性能，還可能引發熱失控現象。此外，長期高溫環境下的熱老化，也會導致材料性能的不可逆變化，顯著影響部件的疲勞壽命。
分析框架構建：
需要建立熱-力-環境多物理場耦合分析框架，建立考慮熱老化效應的材料模型，定義材料的自生熱屬性以及和老化作用相關的材料屬性。
<p>今日16:00，Ansys官方『Ansys Fluent 2026 R1 動力電池新功能介紹』研討會將解讀Ansys Fluent 2026 R1 動力電池模塊新功能，涵蓋GPU求解器、熱失控仿真、降階模型及大規模電池模型處理效率提升等核心更新。
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講師簡介：
陳桂杰 | Ansys 主任應用工程師
主題簡介：Fluent 2026 R1版本電池模塊的更新主要包括GPU求解器支持電池模塊中共軛傳熱計算，熱失控仿真，降階模型訓練；降階模型中面通量分布提升含流量變化的降階模型的預測精度。
