2025大赛优秀作品 | 电池系统热失控多物理场建模及高温气体疏导措施研究
2025年11月13日 11:45
“Ansys 2025 全球仿真大会”仿真应用大赛优秀作品展示
本届仿真应用大赛最终评选出 30 篇 TOP 优秀作品，分别荣获一、二、三等奖及行业最佳实践奖。近 200 位来自汽车、半导体、高科技、能源等行业的仿真精英参赛，他们以前沿思维与创新实践，充分展现了仿真技术的无限潜能。我们将陆续为大家分享获奖佳作，带您一同领略仿真赋能创新的非凡力量，希望用户能从中汲取灵感、启迪思路。
作品名称：电池系统热失控多物理场建模及高温气体疏导措施研究
作者：重庆大学 | 张高阳
关键词：电池热失控机理，热失控产气速率计算，气体爆炸极限，电池系统泄压阀
作者说
利用Ansys SpaceClaim可以快速对电池包STP模型进行前处理，该软件的操作流程比较清晰适合初学者进行三维数模设计，并且其共享拓扑和抽取流体的功能也十分好用，与Fluent Meshing相配合能够快速划分流体网格。另外，Fluent提供的UDF功能也给使用者提供了二次开发的接口，能够自定义模型的物理反应过程，从而解决工程中出现的新问题。
目前，100Ah以上的三元锂电池在电动汽车上得到了广泛应用，而大容量三元锂离电池发生热失控后可能会诱发更为严重的火灾事故。为此本案例针对117Ah三元锂方形电池，在Fluent中使用UDF/UDS定义了SEI膜分解、负极与电解液反应、正极分解反应、电解质分解等过程，并利用T2之后温度与温升速率的函数关系得到内短路产热的表达式。在此基础上，结合AEC实验数据拟合得到产热/产气速率方程，构建了CTP电池系统热失控多物理场仿真模型，揭示了热量的传播与气体扩散规律，发现在Pack尾部布置3个50mm泄压阀时，系统内部的可燃气体浓度能够在17.3s内降至爆炸下限（LEL）以下，从而降低爆炸风险。
挑战/需求
作者所在机构希望通过仿真工具建立高精度的电池热失控产热和产气模型，并在此基础上模拟CTP电池系统中单颗电池热失控引起的热量传播与气体扩散过程，以此评估隔热设计的合理性并优化系统泄压阀的布局与数量。研究重点分析不同泄压阀方案对高温气体的疏导作用和降低系统爆炸极限的效果，最终实现以仿真技术驱动热安全设计达到降本增效的目的。
使用工具
Ansys Fluent、SpaceClaim、Fluent Meshing
最终成果
利用Ansys Fluent，作者在有限时间内探究了CTP电池系统内单颗电池热失控后热量的传播和气体的扩散过程，验证了隔热设计的合理性并评估了不同的泄压阀设计方案，获得了选择最佳方案的可靠数据。仿真是此项研发中的重要工具，为作者节约了大量方案选择时间，减少试验次数，节省人力，降低风险。
参赛作品一览
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