LiFePO4软包电池模组在过热与过充条件下的燃烧行为对比研究：热失控传播机制与火焰特性解析

本文通过实验系统研究了320 Ah LiFePO4(LFP)软包电池模组在过热与过充触发下的热失控(TR)行为，揭示了两种模式下温度变化（最高达637.6°C）、热释放率(HRR峰值244.05 kW)和火焰特征（平均火焰高度821 mm）的显著差异，为储能系统安全设计和火灾预警提供了关键数据支撑。研究发现过充条件下的热失控传播速度(3.021 mm/s)远超过热条件，填补了软包电池模组燃烧行为研究的空白。

　　

Highlight亮点发现

• 过热与过充触发的表面峰值温度分别达548.5°C和637.6°C，温升速率最高26.3°C/s

• 热失控传播(TRP)呈现有序（过热）与无序（过充）两种模式，传播速度相差近10倍

• 火焰喷射高度分析显示过充条件平均达821 mm，显著高于过热条件的682 mm

Combustion behavior燃烧行为

通过高清摄像和红外热成像技术捕捉到电池模组燃烧过程的四个典型阶段：泄压点火→稳定燃烧→喷射火焰→衰减熄灭。有趣的是，过充条件下观察到更剧烈的"二次喷射"现象，这与电解液分解动力学直接相关。红外图像清晰显示热斑(hot spot)首先出现在电极连接处，随后呈现"波浪式"扩散模式。

Thermal runaway propagation热失控传播

过热条件下TRP呈现"多米诺骨牌"式顺序传播（0.307 mm/s），而过充模块则表现出"爆炸式"随机传播（3.021 mm/s）。这种差异源于过充导致SEI膜(solid electrolyte interphase)的连锁分解反应，引发内部短路热点呈几何级数增长。热传导分析表明，过充模块的横向热流密度是过热条件的2.3倍。

Flame characteristics火焰特性

图像处理生成的火焰概率云图显示，过充火焰呈现典型的"蘑菇云"形态，持续时间比过热火焰长42秒。特别值得注意的是，过充条件下检测到明显的金属锂燃烧特征光谱，这可能是导致其更高热释放率(244.05 kW vs 238.5 kW)的关键因素。

Conclusions结论

1）首次量化比较了LFP软包模组在两种触发模式下的TRP速度差异

2）过充条件会产生更剧烈的喷射火焰和二次热失控现象

3）电极连接处是热失控初始发生的"薄弱环节"

这些发现为电池管理系统(BMS)的故障诊断算法优化提供了重要依据。