基于正交試驗的鋰離子電池熱失控仿真

胡力月，姚行艷

（重慶工商大學人工智能學院，重慶 400067）

鋰離子電池作為新能源汽車的核心部件，其安全性能得到大家廣泛關(guān)注，尤其是最近頻發(fā)的因鋰離子電池熱失控而導致的安全問題，成為最近幾年研究的焦點。熱濫用、機械濫用和電濫用是導致電池熱失控發(fā)生的主要誘因[1-2]，其本質(zhì)是各種濫用情況下引起電池隔膜崩塌，導致電池陰陽兩極直接接觸，產(chǎn)生內(nèi)短路。針刺試驗是常見的模擬電池內(nèi)短路的試驗方法之一。因此，研究不同條件下，不同因素對電池針刺熱失控行為的重要性程度，對于改善電池安全性能、揭示電池熱失控機理具有重要意義。

針對單體電池針刺熱失控，Zhao 等[3]研究發(fā)現(xiàn)，容量越高電池越容易發(fā)生熱失控，當針刺直徑一定時電池內(nèi)阻降低，熱失控程度加劇，針刺直徑越大熱失控的溫度分布越均勻。Mao 等[4]對18650 電池進行的針刺試驗發(fā)現(xiàn)，SOC 越高熱失控程度越嚴重，電池針刺深度與表面溫度不成正比，針刺速度越快電池表面溫度分布越不均勻。Ye等[5]通過構(gòu)建三維電池模型，研究不同穿透位置對電池熱失控影響，結(jié)果表明，針刺位置影響電池的溫度分布。Jia等[6]研究了18650電池包的熱擴散規(guī)律，發(fā)現(xiàn)電池單體之間擺放角度為90°時，熱擴散以圓形模式進行，當擺放角度為60°時，熱擴散以多邊形模式進行；同時傳熱系數(shù)越大內(nèi)短路產(chǎn)生的熱量不再集中于電池表面，模組熱擴散的時間越長。Jin等[7]提出一種基于CTC框架的電池拓撲結(jié)構(gòu)，將一節(jié)電池同時與多節(jié)電池接觸，可以增強熱失控電池的散熱，又不至于導致電池模組發(fā)生熱擴散。Wang 等[8]對由過充引起NCM 電池組熱擴散行為進行研究，發(fā)現(xiàn)熱擴散傳播速度隨著傳播過程逐漸增加。提高電池熱失控觸發(fā)溫度會抑制電池模組熱擴散傳播速度，但可能會導致電池熱失控最高溫度升高。Wang 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池老化程度對熱擴散傳播影響不大；與電池正負極放置在相同方向上相比，電池正極放置在相同方向上更容易導致熱擴散。

由上可知，對于鋰離子電池針刺熱失控的研究，其影響因素不僅與電池本身有關(guān)，還和針刺不同工況有極大關(guān)系。當前的研究主要集中于單一因素對熱失控的影響，而不同因素對于電池熱失控的研究則需要合理設(shè)計實驗，通過仿真的方式研究電池熱失控，不僅能夠降低實驗成本，而且能夠為電池設(shè)計提供參考依據(jù)。正交試驗中，影響結(jié)果的試驗條件被稱為因素，因素水平表示因素的取值大小，正交試驗具有試驗次數(shù)少、可考慮不同因素交互作用等優(yōu)點。因正交表中任一列各水平出現(xiàn)次數(shù)相同，任兩列都包含了不同因素全部水平的所有組合，所以能全面反映不同因素和因素水平對指標的影響，主要用于電池材料[10-11]及BMS 的參數(shù)優(yōu)化。Pan 等[12]設(shè)計了具有并聯(lián)多通道冷液板的三維電池熱模型，利用正交試驗對冷卻板厚度、冷卻管厚度、通道數(shù)和冷卻劑流量進行參數(shù)優(yōu)化，可顯著提高液冷電池模塊的溫度均勻性。Wang等[13]通過COMSOL對電池組熱行為進行仿真并設(shè)計正交試驗，分析不同冷卻結(jié)構(gòu)、通道數(shù)量、入口冷卻劑流量對電池組溫度的影響效果，結(jié)果表明不同冷卻結(jié)構(gòu)對電池組最高溫度有顯著的影響效果。宋亞娟等[14]對不同電池的SOC(state of charge)、溫度、充放電電流等設(shè)計正交試驗，得到充電過程溫度對電池熱失控的影響。

綜上所述，當前正交試驗研究主要集中于電池模組結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，針對不同因素誘發(fā)電池熱失控的正交試驗方法研究較少，而因素的類型和水平對熱失控嚴重程度具有重要影響。電池模組熱擴散情況受到多種因素影響，通過正交試驗，可將不同因素對熱失控重要性程度進行主次排序。對此，論文通過COMSOL仿真得到不同針刺位置、針刺直徑、針刺速和SOC對電池單體熱失控的影響，在此基礎(chǔ)上，通過4塊三元鋰離子模組為研究對象，分別設(shè)計了單因素試驗和正交試驗，確定對電池模組熱擴散影響效果最顯著的因素及因素間交互影響，為優(yōu)化電池安全管理和電池安全性試驗設(shè)計提供理論支持。

1 鋰離子電池單體針刺熱失控

單體電池針刺熱失控仿真模型如圖1所示。實際電池內(nèi)部由多層電極單元堆疊而成，為提高計算效率將電芯材料等效為均勻混合物，模型幾何按照電池外部尺寸建模如圖1(a)所示。當鋼針刺入鋰離子電池內(nèi)部時，電池正負極材料通過鋼針互相接觸，導致電極單元出現(xiàn)短路，如圖1(b)所示。電池在短時間內(nèi)釋放大量電能引起電池內(nèi)溫度升高，誘發(fā)連鎖副反應，最終導致電池熱失控。本工作研究對象為NCM/石墨三元軟包疊片電池，軟包三元鋰離子電池厚度一般在15～20 mm，鋼針會在極短時間內(nèi)穿透，因此，這里主要關(guān)注鋼針刺穿電池后的情況，電池相關(guān)參數(shù)見表1。

圖1 (a) 電池幾何模型；(b) 電池針刺短路原理Fig.1 (a) Battery geometric model; (b) Short-circuit of battery

表1 NCM/石墨鋰離子電池參數(shù)Table 1 Parameters of batteries

1.1 三元鋰離子電池針刺模型

基于CMOSOL建立三元鋰離子電池針刺模型，通過鋰離子電池接口建立一維電化學模型描述單個電池的電化學特性，并利用偏微分方程建立熱失控副反應模型。三維熱模型的輸入為一維電化學模型及熱失控副反應模型所產(chǎn)生的熱量，同時，將三維熱模型計算得到的電芯溫度反饋給電化學模型和副反應模型，作為電池的電化學反應和熱失控副反應的反應條件。電池電化學反應參數(shù)和熱失控模型反應動力學參數(shù)參考文獻[15]中數(shù)據(jù)。電池和鋼針熱物性參數(shù)見表2。

表2 電池和鋼針熱物特性參數(shù)Table 2 Thermal properties of battery and penetration

1.2 不同工況下單體電池針刺熱失控

在實際應用中，電池可能會在不同工況下受不同外力作用被穿透導致發(fā)生內(nèi)短路。對此，通過仿真研究不同針刺位置、SOC、針刺速度V、針刺直徑R下電池內(nèi)短路。電池單體仿真試驗中若不做特別說明，針刺直徑R為3 mm，針刺速度V為20 mm/s，針刺位置為電池中心位為C，Tmax和tmax分別為電池熱失控時達到的最高溫度和達到最高溫度所需時間。

1.2.1 不同針刺位置對電池單體熱失控的影響

以R為3 mm，V為20 mm/s 的鋼針分別穿透如圖2(a)所示位置，針刺位置分布于電池中心及4個角，電池熱失控溫度與時間曲線如圖2(b)所示。由圖2(b)可知，當針刺位置A時，Tmax最高為533 ℃，針刺C位置時Tmax最低為524 ℃。根據(jù)圖2，電池表面的溫度分布受針刺位置影響較大，針刺中心位置時電池表面溫度分布最均勻，熱失控發(fā)生得最慢；受電池幾何形狀的限制，相較于中心位置，針刺其他位置時熱量不易向四周擴散，熱量更容易累積。因此，在電池發(fā)生熱失控初期時，為避免加劇熱失控嚴重程度，應當采取措施防止熱量聚集在某一個區(qū)域。針刺不同位置對Tmax和tmax影響不大，與參考文獻[16]結(jié)論一致，但本工作仿真結(jié)果表明，電池表面溫度分布受針刺位置影響較大。

圖2 (a) 針刺位置示意圖；(b) 針刺不同位置電池溫度；(c) 針刺中間位置t=2 s時電池熱通量流向；(d) 針刺右上位置t=2 s時電池熱通量流向Fig.2 (a) Penetration position; (b) Temperature at different positions; (c) Heat flux direction of the cell at 2 s when penetrated at C; (d) Penetrate the A position and the heat flux direction of the battery at 2 s

1.2.2 針刺速度對單體電池熱失控的影響

圖3顯示了不同針刺速度V對電池熱失控的影響。由圖可知，V的大小與電池Tmax成正比，與tmax成反比，V高于20 mm/s和低于10 mm/s后，速度的改變對鋰離子電池熱失控的影響較小。結(jié)合仿真結(jié)果和文獻[16-17]結(jié)論可以得出，在一定范圍內(nèi)的V的改變，對同一款電池的熱失控反應影響不大。這是因為電池單體厚度通常在15～20 mm，所以，針刺都會在極短時間內(nèi)擊穿電池產(chǎn)生內(nèi)短路。

圖3 不同針刺速度下電池熱失控溫度Fig.3 Thermal runaway temperature of the battery at different penetrated velocity

然而，軟包電池內(nèi)部是由多層電芯疊加起來，當V較低時，隔膜能更好地包裹住鋼針，因此，與高速針刺過程相比，低速針刺觸發(fā)熱失控的時間較長。V越低，在相同時間內(nèi)，鋼針進入電池內(nèi)部的體積越小，同時產(chǎn)生相應歐姆熱，從而導致針刺初期，電池溫升速率有所差異；但隨著歐姆熱的累積，電池內(nèi)溫度不斷上升，從而觸發(fā)副反應。對于同一款電池，相同SOC 下，發(fā)生連鎖副反應后所釋放的熱量大致相同，因此，V對Tmax影響較小。

1.2.3 針刺直徑對單體電池熱失控的影響

由圖4，針刺直徑R對電池熱失控的影響較為顯著，R越大，tmax越大，Tmax越小。圖4中當R取6 mm時，電池針刺熱失控溫度先快速上升到210 ℃左右，隨后溫度上升明顯放緩，直至達到最高溫度402 ℃。

圖4 不同針刺直徑下電池熱失控溫度Fig.4 Thermal runaway temperature of battery under different penetration diameters

由圖5(a)得知，相較于R小于3 mm時的情況，R大于6 mm后，R的改變對Tmax的影響更大。當R為7 mm時，電池未發(fā)生熱失控，此時Tmax為181 ℃。從圖5(b)可知，R大于4 mm后，tmax明顯延遲，這是因為在針刺電池發(fā)生熱失控后，熱量通過鋼針從電池內(nèi)部傳輸?shù)酵饨?，鋼針的直徑越大與外界接觸的面積越大，通過鋼針傳輸?shù)酵獠康臒崃吭蕉?。此外，R越大，電池短路面積越大，電池溫度分布越均勻，電池短路位置聚集的熱量越小，電池內(nèi)部溫度不足以達到發(fā)生連鎖的副反應，電池內(nèi)的活性物質(zhì)僅有少部分參與了反應，因此，電池未發(fā)生熱失控。

圖5 不同直徑下電池熱失控達到的最高溫度和需要的時間Fig.5 Maximum temperature and time required for thermal runaway of batteries with different diameters

1.2.4 SOC對單體電池熱失控的影響

圖6為不同SOC條件下電池三維溫度分布，其中等溫線表示仿真時間t為6 s時，電池的溫度分布情況。與圖6(b)相比，圖6(a)中電池的等溫線分布更廣且溫差更小，說明SOC越高，熱失控時電池熱量擴散得越慢且分布越不均，導致電池局部過熱加劇熱失控的嚴重程度。

圖6 (a) t=6 s,SOC=20%時三維溫度分布；(b) t=6 s,SOC=100%時三維溫度分布Fig.6 (a) 3D temperature distribution at t=6 s(SOC=20%); (b) 3D temperature distribution at t=6 s(SOC=100%)

圖7 為不同SOC 下發(fā)生熱失控時電池的溫度隨時間變化曲線，隨著SOC的增加，Tmax越大，當SOC低于90%時，Tmax變化受SOC影響更大。這是因為SOC越小，電池儲存的電能越少，短路時釋放的焦耳熱越少，同時SOC越小，參與反應的活性物質(zhì)越少，反應產(chǎn)生的熱量也更少。當SOC為100%時Tmax為524 ℃，而SOC為20%時電池并未發(fā)生熱失控，最高溫度為215 ℃；這一現(xiàn)象說明存在導致電池熱失控發(fā)生的臨界SOC。

圖7 不同SOC下電池熱失控溫度變化Fig.7 Thermal runaway temperature of batteries at different SOC

2 模組針刺熱擴散仿真

根據(jù)單體電池熱失控結(jié)果，無論針刺速度及針刺位置如何，當電池SOC為100%且針刺直徑R為2 mm 時，針刺電池都會發(fā)生熱失控，且不同針刺速度V和針刺位置對電池單體熱失控影響較小。但針刺直徑R和電池SOC 對電池單體熱失控的影響較大，特別是當針刺直徑R大于4 mm后，電池熱失控嚴重程度明顯減小，而SOC小于90%后，Tmax變化受SOC影響更大。因此，需要考慮不同SOC及針刺直徑R對電池模組針刺熱擴散的影響。同時，針刺電池個數(shù)N直接影響模組內(nèi)熱擴散時的熱源大小，N越大，熱源越大。因此，實驗還引入了N這一因素。通過單因素試驗，研究SOC、R、N對電池模組針刺熱擴散行為的影響。

考慮到計算速度，將4塊相同的三元鋰離子電池依次排列成一個電池模組作為研究對象，各電池之間無電連接，并分別編號為#1～#4，鋼針首先刺穿#1號電池并發(fā)生熱擴散，誘發(fā)相鄰電池發(fā)生熱失控。

實驗中，模組電池SOC 均為100%，用R為2 mm、V為20 mm/s 刺穿#1 號電池的C位置。若無特別說明，以下模組試驗均采用上述條件。模組內(nèi)電熱擴散情況如圖8 所示，根據(jù)圖8 得到的溫度三維分布，由圖8(b)、(c)得知，與橫向熱擴散速度相比，電池模組在縱向上的熱擴散較快。根據(jù)圖8(a)，針刺部分發(fā)生了內(nèi)短路在短時間內(nèi)聚積了大量熱量，因此，該部分的溫度明顯高于其他區(qū)域，且熱擴散速度最快。所以，從縱向上觀察到，熱量在針刺位置呈半橢圓形狀向四周擴散。

圖8 t=4 s時模組熱擴散三維溫度分布Fig.8 3D temperature distribution of thermal diffusion for battery module at 4 s

圖9為針刺模組電池熱失控仿真得到的電池溫度。從圖9可知，模組內(nèi)的所有電池都發(fā)生了熱失控，且電池單體的溫度變化趨勢基本相同，依次迅速上升到最高溫度、快速下降再小幅度上升。在電池模組熱擴散過程中，#1號電池發(fā)生熱失控后，溫度上升到最高點，由于熱擴散，溫度降低，與其相鄰的#2 號電池的前壁面先吸收熱量，電池溫度先升高到200 ℃左右后，電池溫度上升變緩，持續(xù)一段時間后電池進入熱失控。此時，#1號電池也會吸收#2 號電池產(chǎn)生的熱量，進一步導致#1 號電池溫度再度上升。#3和#4號電池也依次重復上述的類似過程。此外，根據(jù)圖9得知，#4號電池的溫度略微高于#2 和#3，這是因為當#1～#3 電池都發(fā)生熱失控時，模組內(nèi)的熱量大部分集中在電池#1～#3，#1～#3電池與#4電池之間溫度梯度更大，更利于熱量的傳播和吸收。值得注意的是，由于模組內(nèi)的熱擴散加劇了熱失控的發(fā)生，相同情況下，針刺單個電池時的Tmax為542 ℃；而針刺模組#1電池的Tmax為935 ℃，且溫升速率也顯著提高。

圖9 電池模組內(nèi)#1～#4電池溫度Fig.9 Battery temperature #1～#4 inside the battery module

2.1 模組針刺熱擴散單因素試驗仿真

2.1.1 針刺直徑對電池模組熱擴散影響

分別對R為2 mm、3 mm、4 mm、6 mm時電池模組熱擴散進行研究，如圖10所示。由圖可知，R越大，#1電池的Tmax越小，R的改變對#2～#4電池的Tmax影響不大，即只要#1電池發(fā)生熱失控，相鄰電池都會依次發(fā)生熱失控。R從2 mm增加到6 mm時，模組內(nèi)#4 電池的tmax延后了5 s；相較于R為2～4 mm 的情況，R大于4 mm 后，模組內(nèi)#1～#4 號電池的tmax明顯變長，電池單體之間熱擴散變難。此外，通過試驗發(fā)現(xiàn)，當R為7 mm 時電池模組并未發(fā)生熱失控，這與電池單體試驗結(jié)論一致。

圖10 (a) 不同直徑對電池熱失控最高溫度影響；(b) 不同直徑對電池熱失控到達最高溫度所需時間Fig.10 (a) Influence of different diameters on the maximum thermal runaway temperature of batteries;(b) Time required for different diameters to reach the maximum thermal runaway temperature of batteries

2.1.2 SOC對電池模組熱擴散影響

圖11 為電池SOC 對模組電池針刺熱失控溫度的影響。由圖可知，SOC對電池模組的熱擴散行為影響較為顯著。隨著SOC 的增加，電池模組發(fā)生熱失控的時間有所提前，各電池單體所達到的Tmax變大。與電池單體不同的是，當SOC在85%～100%變化時，模組內(nèi)各電池單體的Tmax變化更明顯，而當SOC在20%～90%變化時，電池單體的Tmax變化更明顯?？偟膩砜?，SOC的改變對#1電池發(fā)生熱失控的時間影響不大，但對#2～#4電池有較大影響。因為#1號電池是通過針刺引發(fā)熱失控，由上文的電池單體試驗發(fā)現(xiàn)SOC在60%～100%時針刺電池單體會立刻引起熱失控；#2～#4電池則是通過熱擴散引發(fā)的熱失控，電池SOC越低，其安全性能越高，在模組熱擴散過程中發(fā)生熱失控風險更低。

圖11 (a) 不同SOC對電池熱失控最高溫度影響；(b) 不同SOC電池熱失控到達最高溫度所需時間Fig.11 (a) Influence of different SOC on the maximum thermal runaway temperature of batteries;(b) Time required for different SOC to reach the maximum thermal runaway temperature of batteries

2.1.3 針刺深度對電池模組熱擴散影響

為探究針刺深度對電池模組熱擴散行為的研究，分別模擬針刺電池個數(shù)N為1、2 時電池模組熱擴散的情況，結(jié)果見表3。從表3可知，針刺越深，電池模組熱擴散越快，N為2 時，整個模組發(fā)生熱失控的時間比N為1 時提前15 s。與N取1 相比，N為2時會額外產(chǎn)生一部分歐姆熱，這也加劇了熱擴散的速度，但#3 和#4 電池的Tmax有所降低，說明過高的溫度雖然會加速模組之間的熱量熱擴散，但會抑制電池之間的熱量吸收。同時，當N取2 時，#1號電池的溫度先達到第1個溫度峰值；隨后因受#2 號電池的影響，#1 號電池的溫度在極短時間內(nèi)再次上升，加劇了電池熱失控的嚴重性。

表3 不同針刺電池數(shù)量下模組電池單體熱失控最高溫度及所需時間Table 3 Maximum temperature and time required for each cell in module under different battery numbers

2.2 模組針刺熱擴散正交試驗

在試驗設(shè)計的過程中，所選定的因素在當前的狀態(tài)及條件發(fā)生的變化，可能會導致試驗指標也發(fā)生變化，因此，各個因素變化的狀態(tài)及條件稱為水平。某一個因素的水平變化對試驗結(jié)果的影響可能隨著其他因素不同水平而發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為因素間的交互作用。為分析不同因素及其交互作用對熱擴散的影響，在通過單因素試驗，得到不同因素對模組電池針刺熱擴散影響趨勢后，利用正交設(shè)計表，對R、N、SOC進行正交試驗，因要考慮三因素間交互作用，因此，實際共有9個因素，每個因素選取3個水平。根據(jù)正交表選取原則，當因素水平相同時，需選取行數(shù)大于9的正交表，所以選取L27(313)正交表，L表示正交試驗、27為需進行的試驗次數(shù)即正交表行數(shù)、3為水平數(shù)、13為因素個數(shù)即正交表列數(shù)。正交試驗中各因素水平的選取見表4，其中1～3表示不同因素水平。

表4 正交試驗因素與水平Table 4 Factors and levels of orthogonal test

結(jié)果分析如表5所示，A、B、C分別代表模組中每個電池單體的SOC、R、N，*表示各因素的交互作用，以模組中電池單體的平均溫度Tem 和#4 電池達到熱失控最高溫度的時間Time作為試驗指標，kni表示各因素在不同水平下不同指標總和的均值，公式如式(1)。Ri代表不同指標下各因素的極差，其值等于最大與最小的各因素不同水平下的試驗指標總和均值的差值，公式如式(2)。

表5 正交試驗結(jié)果Table 5 Results of Orthogonal test

其中，n為Tem或Time；i為因素水平，取1～3；Knij表示正交表第j列上因素取i水平時，所對應的n指標之和；s為正交表第j列上因素i水平出現(xiàn)次數(shù)；Rn反映了不同因素水平對于模組電池熱失控溫度及擴散時間的影響程度，Rn越大該因素的水平變化對試驗結(jié)果的影響越顯著。

針對試驗數(shù)據(jù)，本工作采用極差分析做進一步研究。極差分析是在考慮某個單因素時，設(shè)定其他因素對實驗結(jié)果的影響是均衡的，從而得到該因素各個水平差異是通過該因素本身造成。由此，通過比較Rn的大小，從表5中得到各因素對溫度和熱擴散時間的影響程度主次順序依次為：N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC。即針刺電池數(shù)量N的改變對電池模組熱擴散行為的影響最顯著，N越大，模組內(nèi)熱失控越嚴重，N為2時，模組內(nèi)電池單體的平均溫度明顯高于N為1時模組內(nèi)電池單體平均溫度，N越大，電池模組在短時間內(nèi)聚集的焦耳熱越多，導致模組內(nèi)熱失控反應更劇烈。模組電池熱擴散受針刺直徑R影響也十分顯著，試驗發(fā)現(xiàn)，當針刺電池發(fā)生熱失控時，鋼針同時帶走一部分熱量，針刺直徑R越小，鋼針帶走的熱量越少，電池表面溫度分布越不均勻，熱失控越劇烈，同時加劇了模組電池的熱擴散。

此外，雖然SOC對電池模組熱擴散的影響最小，但SOC*R、SOC*N依次排在結(jié)果的第3、4位，即：相對于SOC 對模組電池熱擴散的影響，SOC 與針刺直徑及針刺電池數(shù)目的耦合作用對模組電池的熱擴散影響更大。通過極差分析對試驗結(jié)果進行分析得到，不同因素之間的耦合作用不能忽略。因此，在設(shè)計試驗研究電池模組熱擴散行為時，為保證試驗結(jié)果的準確性，需考慮SOC、R、N的耦合影響。參考文獻[18]表明，影響模組電池熱擴散的主要因素是電池本身的熱失控特性，其次是電池的散熱條件及電池間的傳熱條件。Wang 等[19]通過研究不同鎳比的NCM電池發(fā)現(xiàn)，當電池比能量、自熱溫度、熱失控觸發(fā)溫度、熱失控最高溫度相似時，無論電池具有何種電化學特性，電池模組熱失控擴散行為都相似。因此，該論文研究方法及結(jié)論也適用于與本工作研究電池相同材料、相同排列方式的大容量電池模組。

3 總結(jié)

以軟包鋰離子電池和電池模組為研究對象，分析多因素對電池單體和電池模組針刺熱失控的影響，并通過正交試驗得出不同因素對電池模組熱擴散影響程度的主次順序，為提高電池的安全性及電池設(shè)計提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）針刺速度越大，電池單體熱失控時間越提前，且溫度越高；針刺位置直接影響電池表面溫度的分布，且鋼針直徑對于電池散熱有很大影響。

（2）SOC越大，電池熱失控發(fā)生得越劇烈，且存在某臨界SOC 導致電池熱失控；SOC 越高，電池表面溫度分布越不均勻。對于單體電池熱失控，當SOC在20%～90%內(nèi)變化時，電池熱失控最高溫度變化更明顯；對于模組電池熱失控，SOC在85%～100%內(nèi)變化時，熱失控最高溫度變化更明顯。

（3）電池模組內(nèi)熱擴散會加劇熱失控，且熱量在模組縱向上的擴散明顯快于橫向上?？v向上看，針刺開始時，熱量在針刺位置以半橢圓的形式快速向四周擴散；電池模組針刺的電池單體個數(shù)越多，模組內(nèi)熱擴散速度越快，熱失控越劇烈。但試驗同時表明，當電池溫度過高時，雖然在一定程度上加快了熱擴散，但也會抑制相鄰電池的熱量吸收。

（4）正交試驗結(jié)果表明，各因素對電池模組熱失控平均溫度及熱擴散時間的影響程度主次順序為：N>R>SOC*R>SOC*N>N*R>SOC。對于針刺熱失控，相對于SOC 對電池熱失控的影響，SOC與針刺直徑及針刺電池數(shù)目間的耦合作用更大。因此，電池熱失控的不同因素的耦合作用不容忽視。