动力电池事故统计（动力电池碰撞致）

导读：6月16日江西南昌，50多岁陈先生 驾驶的Model 3，车辆突然自动提速至127km/h，在尝试刹车无效后，车辆与土堆发生碰撞翻车起火。从现场的照片来看，事故车辆特斯拉model 3的前脸部分有较为严重的撞击情况，起火处位于车辆的内部，前部的行李舱没有明显的起火迹象，整车报废。针对该事件，特斯拉做出官方回应，“特斯拉已于第一时间处理此事，目前政府部门也已经介入调查。

从新能源汽车发生起火时所处状态可归纳为充电时起火、碰撞起火、浸水起火和停驶状态起火四种，其主要缘由是动力电池热失控，最初出现起火或爆炸。

其中，碰撞起火是当前新能源车事故较多出现的情况之一。这是因为车在高速行驶时动量相当大，尤其在高速公路。高速撞击导致汽车变形，从而电池组也相互挤压变形，最终损伤破裂与短路，造成电池的局部热集聚，燃烧起火。

同时，剧烈碰撞本身也可能产生火花，在电解液等可燃物质与氧气接触下极易燃烧。特别是对于三元锂离子电池而言，碰撞起火更容易，因为其热失控温度不足200℃，而且三元材料在达到一定温度时还会分解释放出极活泼的初生态氧，即使在没有外界氧气供应的情况下，这种电池内部就“完整地具备”燃烧三要素。

一、热管理-动力电池核心竞争力

笔者找到了由中国新能源汽车评价规程（CEVE）发表的《2019年动力电池安全性研究报告》，报告中统计2019年1月-7月底，据不完全统计发生40余起电动汽车安全事故。而根据对事故的调查形成了这样一个结论，动力电池的热失控是动力电池安全事故的核心原因。

从这里我们不难得出一个结论：热管理将是未来动力电池市场竞争的核心技术。

新能源汽车业内有这样一句话能够说明热管理的关键作用，新能源汽车看电池，电池系统的关键是热管理，热管理应用于新能源汽车由来已久，是一项复杂的系统工程，包括热管理系统设计、热管理系统评估、热管理系统验证三个层面，只有深刻理解三个层面的意义和对产品的最终影响才能有效理解和设计高效可靠地热管理系统，同时兼顾成本与适用性进行功能性与性价比的兼容设计。

热管理系统工程

新能源汽车在国内发展迅速。新能源汽车热管理系统全球市场空间将超过200亿元，中国市场超过100亿元。从数据可以看出，电池热管理系统应用前景广阔。

今天笔者就以一款自然散热的小型电动车电池系统热管理为例，来概括说明某款车型的热管理仿真计算过程。

二、热分析计算案例报告

模型概况

1、25℃-NEDC工况

（1）计算要求

工况要求：25℃环境下，先按60A电流充电3.15小时,再以NEDC工况进行放电，直到电池系统没电。

发热功率：在进行发热工况计算时，首先根据NEDC工况的功率曲线计算该功率下的发热功率，然后根据发热功率曲线作为载荷施加到模组电芯材料，计算整个过程电池包的温升情况。充电3.15小时加NEDC工况曲线，整个过程时间大概需要：3.15*3600 18544=29884S，整个热计算过程按照充电 NEDC过程形成一个完整过程，计算系统的温升状态。

NEDC曲线

计算后的发热曲线

充电过程与NEDC过程时间

（2）计算结果

完成后，电池包模组升温情况为最高41.2℃，即冲电3.15小时加完成一个NEDC工况，电池包最高升温为16℃，放电结束时，温度最低为35.9℃。此时，电池包内电芯最大温差为5.3℃。

25℃，NEDC工况电池包温度场

25℃，NEDC工况电池包升温曲线（温差5.3）

25℃环境温度下，3.15小时充电加NEDC工况电放空，电池包最后整体温升到41℃左右，且电池组温差也只有5.3℃，电池包处在很好的运行环境，自然冷却方式能够满足该工况下的使用要求，电池系统在此工况下运行良好。

2、25℃-最高车速工况

（1）计算要求

工况要求：25℃环境下，先按60A电流充电3.15小时,再以最高车速工况进行放电，直到电池系统没电。

发热功率：在进行发热工况计算时，首先根据最高车速工况的功率曲线计算该功率下的发热功率，然后根据发热功率曲线作为载荷施加到模组电芯材料，计算整个过程电池包的温升情况。充电3.15小时加最高车速工况曲线，整个过程时间大概需要：3.15*3600 2480=13820S，整个热计算过程按照充电 最高车速过程形成一个完整过程，计算系统的温升状态。

最高车速曲线

计算后的发热曲线

充电过程与最高车速程时间

（2）计算结果

完成整个计算后，电池包模组升温情况为最高41.4℃，即冲电3.15小时加完成一个最高车速工况，电池包最高升温为16.4℃，放电结束时，温度最低为37.4℃。此时，电池包内电芯最大温差为4.1℃。

25℃，最高车速工况电池包温度场

25℃，最高车速工况电池包升温曲线（温差4.1）

25℃环境温度下，3.15小时充电加最高车速工况电放空，电池包最后整体温升到41.4℃左右，且电池组温差也只有4.1℃，电池包处在很好的运行环境，自然冷却方式能够满足该工况下的使用要求，电池系统在此工况下运行良好。

3、40℃-NEDC工况

（1）计算要求

工况要求：40℃环境下，先按60A电流充电3.15小时,再以NEDC工况进行放电，直到电池系统没电。

发热功率：在进行发热工况计算时，首先根据NEDC工况的功率曲线计算该功率下的发热功率，然后根据发热功率曲线作为载荷施加到模组电芯材料，计算整个过程电池包的温升情况。充电3.15小时加NEDC工况曲线，整个过程时间大概需要：3.15*3600 18544=29884S，整个热计算过程按照充电 NEDC过程形成一个完整过程，计算系统的温升状态。

NEDC曲线（同25℃）

计算后的发热曲线

充电过程与NEDC过程时间

（2)计算结果

完成整个计算后，电池包模组升温情况为最高53.8℃，即冲电3.15小时加完成一个NEDC工况，电池包最高升温为14℃，放电结束时，温度最低为44.5℃。此时，电池包内电芯最大温差为9.3℃。

40℃，NEDC工况电池包温度场

40℃，NEDC工况电池包升温曲线（温差9.3）

40℃环境温度下，3.15小时充电加NEDC工况电放空，电池包最后整体温升到53.8℃左右，且电池组温差也达到了9.3℃，电池包超出了最佳运行温度，自然冷却方式不能够满足该工况下的使用要求，建议电池包考虑液冷冷却。

4、40℃-最高车速工况

（1）计算要求

工况要求：40℃环境下，先按60A电流充电3.15小时,再以最高车速工况进行放电，直到电池系统没电。

发热功率：在进行发热工况计算时，首先根据最高车速工况的功率曲线计算该功率下的发热功率，然后根据发热功率曲线作为载荷施加到模组电芯材料，计算整个过程电池包的温升情况。充电3.15小时加最高车速工况曲线，整个过程时间大概需要：3.15*3600 2480=13820S，整个热计算过程按照充电 最高车速过程形成一个完整过程，计算系统的温升状态。

最高车速曲线

计算后的发热曲线

充电过程与最高车速程时间

（2）计算结果

完成整个计算后，电池包模组升温情况为最高55.6℃，即冲电3.15小时加完成一个最高车速工况，电池包最高升温为15.6℃，放电结束时，温度最低为48..4℃。此时，电池包内电芯最大温差为7.2℃。

40℃，最高车速工况电池包温度场

25℃，最高车速工况电池包升温曲线（温差4.1）

40℃环境温度下，3.15小时充电加最高车速工况电放空，电池包最后整体温升到55.6℃左右，且电池组温差也达到了7.2℃，电池包超出了最佳运行温度，自然冷却方式不能够满足该工况下的使用要求，建议电池包考虑液冷冷却。

5、结论

25℃，自然冷却状态下，电池包NEDC和最高车速工况都能够在最优的温度区间内进行，能够满足冷却状态。

40℃，自然冷却状态下，电池包NEDC和最高车速工况最后的温升都达到了55℃左右，且温差也超过了7℃，自然冷却不能够满足系统冷却要求，建议采用液冷设计方案，以保证电池包热管理的有效性。

如果涉及主动式风冷或者液冷系统的电池系统，可以通过ANSYS WORKBENCH下的流体相关模块，通过热-流-固耦合计算对系统进行仿真分析，也可采用FloEFD等其他热流固相关软件进行，只要能够理解热管理本身的含义，不论使用哪种软件都能够得出自己想要评估的结果内容。

三、即将直播-动力电池系统模型简化

《动力电池系统模型简化实操直播课》

直播时间：2020年6月23日20:00

教学软件：ANSYS Workbench学习模式：小班教学 随到随学

讲师：子沐（ansys一级分析师 15年CAE分析经验 3大高科技企业创始人）

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