动力电池系统安全问题是目前制约电动汽车普及的重要问题之一。对于目前使用广泛的锂离子动力电池来说,热失控是其安全问题的核心科学问题,而热失控蔓延则是造成严重危害的一种表现形式。防止电池模组内发生热失控蔓延,是保障乘客生命财产安全的重要设计目标,开发高效的热失控蔓延防控设计手段具有重要的实际意义。本文以建立准确可靠的电池热失控蔓延模型,并将其应用于电池系统热安全设计为主要目的,展开了研究工作。为定义模型中电池热失控的产热规律,进行了电池绝热热失控过程的产热与产气测试;为准确模拟电池热失控蔓延过程中的传热过程,研究了热失控前后电池内部材料热参数的辨识方法;基于电池产热与模组传热规律,建立了电池单体及电池组的热失控蔓延模型;利用所建立的模型,进行了电池组热失控蔓延规律仿真研究,并对电池组热安全管理系统进行了改进设计。首先,利用绝热加速量热仪(ARC),针对相同材料体系不同容量与封装方式的电池进行了绝热热失控测试,获取了电池热失控过程中的关键温度特征参数及产热产气规律,并通过实验说明了电池内部温度测量的必要性,分析了不同封装方式对电池热失控温度特征的影响。然后,利用局部加热与仿真优化相结合的方法,分别针对热失控前后的电池,进行了内部材料热物性参数的测量与辨识。在优化过程中引入了基于敏感性分析的权重系数判别方法。实现了实验数据驱动条件下在模型中对电池材料的导热系数、比热容等热参数的自动优化辨识。之后,基于前述得到的电池绝热热失控温度特性,定义了电池热失控的能量释放规律,在考虑电池内部材料热失控前后热物性参数的变化的条件下,建立了电池单体及模组的热失控蔓延模型。利用单体电池针刺热失控实验与电池模组加热热失控蔓延实验对上述模型进行了多重验证,结果表明模型具有较高的仿真精度。进一步地,利用模型分析了电池热参数的变化对热失控蔓延特性的影响规律。最后,基于前述建立的热失控蔓延模型,仿真分析了液冷对电池组的热失控蔓延的抑制效果,并进行了实验验证。通过模型进行热流功率分析,解释了电池组隔热与散热条件对热失控蔓延特性的影响规律。并进一步对液冷电池组进行优化设计后,利用模型及实验验证了优化后的电池组的热失控蔓延抑制效果。