车用电池模组热蔓延防护结构的数值仿真研究

摘要

本文通过数值仿真研究了一种抑制方形电池模组热失控蔓延的防护结构。针对车用50 A·h方形三元锂离子电池,基于锂离子电池电极材料与电解液副反应机理建立单体电池热失控模型。通过与已有研究结果进行对比验证,表明所建立的热失控模型具有较高的精度。基于验证后的单体电池热失控模型,建立了加装导热套筒的电池模组热防护结构。导热套筒底部与微流道冷板连接进行散热,电池之间填充隔热材料,用于阻隔由于电池热失控而导致热量向相邻电池蔓延。研究表明,与无导热套筒配置相比,所提出的方形电池模组热防护结构可以有效阻断电池模组的热蔓延。基于所提出的方形电池模组热防护结构,分析了电池之间绝缘层热阻、导热套筒高度以及导热板高度等因素对相邻电池热蔓延的影响。研究表明:绝缘层热阻达到0.03 m^(2)·K/W以上,相邻电池才不发生热失控。同时考虑到轻量化设计因素,选取导热套筒高度不应高于10 mm以及导热板高度在60~65 mm之间,可用于防护电池模组热蔓延。本文所提出的热防护结构和参数研究为电池包热安全设计提供了参考依据。