热失控：电池包放热和通风

当电池电芯因热或机械故障、短路或过充电/过放电而过热时，电池中会发生热失控。在高温下，电池电芯材料可以开始在放热反应中分解，导致自加热行为。当电池电芯的自加热超过可以向周围环境散热的速率时，电芯温度会呈指数上升，电池结构可能会破裂，所有剩余的热和电化学能量都会释放到周围环境。

分解放热反应以高速率产生大量热和气体，从而导致电池电芯内的温度和压力几乎瞬间增加。大多数电池都有内置安全通风机制。当电芯的内部压力增大到通风激活压力时，安全通风口会打开并释放易燃有毒气体（通风气体）。通风气体可以进一步引发多电芯电池模块内的热失控传播。热失控过程中释放的热量分为由电芯的固体部件释放的热量以及热通风气体释放的热量。

Simcenter STAR-CCM+ 提供热失控放热模型，用于预测热失控过程中电池电芯固体部件释放的热量。此模型需要实验数据输入，即电池电芯的自加热率，作为电池电芯温度的函数。此数据通常通过执行加速量热仪 (ARC) 测试获得。ARC 测试还提供通风气体的质量流率，作为通风气体温度的函数。在 Simcenter STAR-CCM+ 中，这些数据以表的形式导入。

本教程的重点是演示如何设置热失控模拟，以预测电池电芯的固体部件和通风气体的放热。

在本教程中，您将模拟由 6 个相同电池电芯组成的电池包的热失控，电池包由空气包围。每个电池电芯由多个实体部件组成，如外壳、正负端子、通风口阀、安全通风口、绝缘板和连接器。电池电芯由 5 个隔热罩彼此分离。几何如下图所示：

电池包中的第一个电池电芯通过应用 500 W 的热源导致过热。当电池电芯的温度超过 100 °C 的温度时，将触发热失控并激活热失控放热模型。在模拟过程中，热失控通过对流和传导传播到电池包的其他电池电芯。

从电池电芯内部到周围环境的分解气体排放，是使用热失控电池通风口模型建模的。当电芯内的温度超过触发温度 130 °C 时，使用 ARC 测试表中的值开始通风。