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好課推薦 | 新能源動力電池熱管理設計入門23講【技術帖】基于OptiStruct的蓄電池支架有限元分析Ansys Fluent 電池熱失控仿真實例與驗證專欄 | 新能源動力電池熱管理設計和仿真分析

此外，在模擬中對實際電池單元進行真實物理建模的成本非常高。針對新能源電池行業面臨的挑戰，海克斯康工業軟件旗下Cradle CFD軟件可以進行高效的熱失控仿真分析，解決電池中的熱失控的仿真難題。

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。

A）正常工作區與失控發生區 B）外部溫度升高導致熱失控 C）換熱能力下降導致熱失控 電池熱失控的成因有多種，取決于電池自身的狀態以及外部因素 內部原因：例如：電池內部化學原因導致的內部短路，電池自身的設計缺陷，電池的生產制造缺陷，電池的過充，BMS的軟硬件故障。

由于碰撞發生的時間通常在毫秒之間，熱失控可能發生在碰撞后的幾分鐘甚至幾小時后。為解決電池內存在的不同時間尺度問題，首先使用毫秒級時間步長進行結構仿真，當機械變形完成后，利用剛柔轉換功能將結構轉為剛體，并使用較大的時間步長進行電和熱的計算，該過程可根據需要計算數分鐘或數小時。

在熱失控特性演變方面，電池正極材料的熱穩定性在全生命周期內無明顯變化，電池熱失控特性演變主要取決于負極材料+電解液反應體系的變化。其中，負極析鋰將導致電池熱失控溫升速率明顯增加，T1和T2大幅降低，熱失控特性急劇變差。負極SEI膜增厚本身對電池熱失控特性影響不大。

Shearing（通訊作者）通過高速攝影裝置對不同廠家的18650電池上蓋在熱失控中防爆閥的動作過程進行了拍攝，還原了熱失控中18650電池防爆閥動作的全過程。

電池熱失控是指電池持續放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發電池燃燒事故的過程。熱失控有三個過程，誘發、發生到蔓延，其中引發熱失控的主要原因是過熱、過充、內短路、碰撞等因素。

該聯合團隊設計并成功研制出可在1000℃的高溫高壓環境下正常工作的多模態集成光纖傳感器，實現了對電池熱失控全過程內部溫度和壓力的同步精準測量，攻克了熱失控極端環境下溫度與壓力信號相互串擾的難題，提出解耦電池產熱和氣壓變化速率的新方法，首次發現了觸發電池熱失控鏈式反應的特征拐點與共性規律，實現了對電池內部微觀“不可逆反應”的精準判別，為快速切斷電池熱失控鏈式反應、保障電池在安全區間運行提供了重要手段。

挑戰/需求 作者所在機構希望通過仿真工具建立高精度的電池熱失控產熱和產氣模型，并在此基礎上模擬CTP電池系統中單顆電池熱失控引起的熱量傳播與氣體擴散過程，以此評估隔熱設計的合理性并優化系統泄壓閥的布局與數量。研究重點分析不同泄壓閥方案對高溫氣體的疏導作用和降低系統爆炸極限的效果，最終實現以仿真技術驅動熱安全設計達到降本增效的目的。

海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件可以為電池熱失控和熱管理提供全新解決方案。 Cradle CFD軟件具備鋰電池的簡易平衡模型，同時還具備詳細電化學P2D模型，可以對單電池以及整體電池包進行熱仿真。

鋰離子電池電化學-熱耦合模型3.1 P2D 電化學模型與電池熱模型耦合3.2 電池集總參數模型及其與電池熱模型耦合3.3 兩種電池電(化學)-熱耦合模型的區別及應用場景3.4 圓柱形或方形鋰離子電池建模及仿真演示 (二選一)4.

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配置電池熱管理系統是改善電池組熱特性關鍵措施之一，系統熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時進行預熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內的溫度差異，抑制局部熱區的形成，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。

鋰電池、傳熱模塊和PDE模塊，對針刺過程的電化學、熱進行仿真分析。