2025大赛优秀作品 | 大容量磷酸铁锂电池热失控期间相变吸热与喷发研究

“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：大容量磷酸铁锂电池热失控期间相变吸热与喷发研究

作者： 王佩犇 | 中国农业大学 博士生

关键词：磷酸铁锂电池，热失控建模，喷发降温，电解液沸腾

作者说

Ansys Fluent求解器稳定可靠，成熟的仿真能做好，难的仿真它能做，开发模型总能快人一步。在面向工程时经常出现的新现象，在明晰机理后总能通过Ansys软件建立模型。使用者拥有Ansys这款软件，将具有方法论引领行业前沿的潜力，是高校科研与企业开发必不可少的关键工具。

图1. 电池热失控沸腾吸热机理

磷酸铁锂电池在储能电站中应用广泛，但其热安全风险威胁电站运行。大容量磷酸铁锂电池热失控呈现显著的三维分布特性，内部电解液沸腾极大增加了传热过程复杂性，制约高安全电池系统设计。为深入理解并量化电解液相变吸热在热失控传热中的作用，本研究建立了精细模型，核心创新在于量化表征电解液吸热相变及其对后续传热的影响。模型验证表明：电池表面温度计算与实验结果高度吻合(决定系数R² > 0.9)。该模型为储能系统安全设计提供了重要手段工具。

挑战/需求

图2. 热失控产热驱动电解液沸腾；(a) 三维温度分布；(b)电解液沸腾界面与热失控前锋面

储能磷酸铁锂电池热失控期间存在电解液沸腾吸热行为，电池内部传热复杂。阻碍了高安全电池的设计。急需明晰电池电解液沸腾吸热原理，建立考虑电解液沸腾吸热的热安全模型，以指导电池安全设计。

使用工具：Ansys Fluent

最终成果

图3. 模型与实验对标；(a) 电池温度对标；(b) 反应与质量对比

• 机理：LFP电池泄压降温是：定容过程下的过热电解液在定压状态下发生了沸腾与蒸发导致；
• 模型：提出了电池内压-温度实验关联式以及电解液沸腾蒸发吸热方程。前者用于预测电池内部气压，后者用于计算三维的电解液吸热行为；
• 设计：电解液在卷芯内局部渗透性不宜过差，过差可能导致热失控提前。安全阀开启压力不应过低，过低同样会导致热失控提前。

参赛作品一览