3.2.2 模组内单体热蔓延仿真

长期充放电工作环境会导致模组内部的单体电池间出现不一致性，造成部分电池过充电的现象。模组内部电池间距小、散热环境差，热量易于积聚，研究单个电池过充时对整个模组的热蔓延行为十分必要。

为更好地模拟模组内部电池的温度变化，在仿真研究时忽略模组外壳。由于模组加装外壳后内部电池和外部空气对流换热受影响，为实现与加装模组外壳同等封闭的效果，将电池环境对流换热系数设为0W/（m·K）。根据实验所用的磷酸铁锂电池模组的实际尺寸建立模组的几何模型：模组共由32个单体电池构成，单个电池宽度173mm、高度200mm、厚度27mm，电池间距3mm。为表征单体电池过充热失控对模组造成的最大影响，设置中心电池为过充电池。利用COMSOL自带的网格划分模块对模组进行网格划分，网格数量为18656个，网格质量为0.765，满足计算精度。图3-35所示为模组的几何模型与网格划分图。

图3-35 模组的几何模型及网格划分图

a）几何模型 b）网格划分

通过建立的过充热失控仿真模型，求解模组在t=1512s（最高温度）时的温度云图，如图3-36所示。

根据图3-36可知，电池最高温度为263℃，高于单体电池过充的最高温度243℃（图3-14中0.5C过充倍率下磷酸铁锂电池内部最高温度），这是因为模组散热条件较差，整体温度偏高。仅有与过充电池大面积相邻的两个单体电池温度较高，但也仅为40℃左右。温度较低的主要原因有两个：首先是电池间距较大，电池之间传热仅靠自然对流和热辐射，热传递效果较差；其次过充电池外表面最高温度仅190℃，热源温度较小。对比单体电池间的热蔓延仿真可以发现，单体电池对模组的影响反而更小，其主要原因是模组间的电池有3mm的间距，空气传热较少，所以热扩散效果不明显。

图3-36 模组温度云图