3.2.3 模组间热蔓延仿真

模组是电池簇的重要组成单元。本章从产热的角度出发，通过有限元仿真软件探究单个模组过充对整个电池簇的影响，以及其热蔓延规律。

通过COMSOL建立电池簇的几何模型，电池簇由两列七排14个模组串并联组成，对每个模组进行标号。此外，对电池簇进行网格划分，其几何模型和三维简化图如图3-37所示。

图3-37 电池簇的几何模型和网格划分

a）几何模型 b）网格划分

为最大程度分析过充模组对周围模组的影响，选用中间的11号模组为过充模组，研究其过充时对周围模组的热蔓延现象。图3-38所示为在0.4C充电倍率过充时的温度云图。

根据图3-38a～d的温度云图可知，过充模组表面温度先上升后降低，由于过充的模组下表面电池温度更高（最高温度220℃），所以对正下方模组影响较大，但自始至终未触发下面模组的热失控。从传热的角度出发，单个模组0.4C倍率过充时对电池簇造成的影响有限。

图3-38 0.4C倍率过充时电池簇温度云图

模组以0.5C充电倍率过充时的温度仿真云图如图3-39所示。

由图3-39a～d的温度云图可知，0.5C过充时，由于11号模组上表面温度持续保持在高温阶段，会对12号模组不断传递热量，逐级引发12号、13号、14号模组的热失控反应。模组的热失控现象会呈向上蔓延的趋势，底面模组和左侧模组温度虽然也受燃烧模组的影响，但由于过充模组侧面及底面温度较低，未发生热失控的扩散现象。

图3-39 0.5C充电倍率过充时电池簇温度云图

11号、12号、13号、14号模组的最高温度监测曲线如图3-40所示。

图3-40 11～14号模组最高温度监测曲线

图3-40中T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄为四个热失控模组的电池最高温度变化曲线，11号模组过充发生热失控后，会迅速触发12号、13号、14号模组热失控，平均触发时间为60s左右。模组被引发热失控后，温度迅速上升，由于受到邻近模组热传递的影响，整体温度下降较慢，电池簇将长时间保持在较高的温度水平。

综上所述，当过充倍率提高时，逐级向上触发模组热失控的概率就越大。因此，有必要进行热防护研究，阻止单体电池或者模组之间的热蔓延。