一种锂离子电池性能仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种锂离子电池性能仿真方法和系统，所述方法包括：获取锂离子电池的温度；获取所述电池的电化学‑热耦合模型和热失控模型；根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学‑热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。本发明专利技术实施例提供的锂离子电池性能仿真方法和系统，可以实现对锂离子电池从正常工作状态到热失控状态全过程的仿真模拟。

A Performance Simulation Method and System for Lithium Ion Batteries

The embodiment of the present invention provides a performance simulation method and system for lithium-ion batteries, which includes: acquiring the temperature of the lithium-ion batteries; acquiring the electrochemical and thermal coupling models and thermal runaway models of the batteries; calculating the electrical and thermal properties of the batteries according to the preset rules according to the temperature; and the preset rules include: when the temperature is less than or equal; When the preset temperature threshold is set, the electrochemical-thermal coupling model is used to calculate the electrical performance and thermal characteristics of the battery; when the temperature is higher than the temperature threshold, the thermal runaway model is used to calculate the electrical performance and thermal characteristics of the battery. The performance simulation method and system of the lithium ion battery provided by the embodiment of the invention can realize the simulation of the whole process of the lithium ion battery from the normal working state to the thermal runaway state.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池性能仿真方法和系统
本专利技术实施例涉及电池
，尤其涉及一种锂离子电池性能仿真方法和系统。
技术介绍
锂离子电池因其电压高、比容量大、循环寿命长的特点，是目前较为理想的动力与储能电源体系。但近年来锂离子电池安全事故时有发生，使得大容量和高功率锂离子电池的商业化应用受到了很大程度的限制。锂离子电池安全事故的诱因很多，诸如过充、短路、挤压、振动和碰撞等,但其安全事故发生的机制多是由于电池的生热速率高于散热速率时，电池内压及温度急剧上升，进入到无法控制的自加温状态，即电池进入热失控状态，导致电池发生燃烧或/和爆炸。因此，热失控是锂离子电池安全性的根本原因和共性问题，研究锂离子电池的热失控过程对于解析锂离子电池发生热失控的机制，改善锂离子电池的安全性具有重要的意义。锂离子电池是一个复杂的能源系统，其内部涉及到相互耦合的电化学反应、传质过程和传热过程，单纯使用实验手段研究其热失控过程需要花费大量的人力物力，且大多只能获得定性结果或电压与温度的宏观信息，难以反映电池内部参数的变化过程，更难以解析锂离子电池热失控触发的机制。使用数值仿真技术，能够全面系统地捕捉锂离子电池在工作过程各物理量的动态变化，为分析其热失控触发过程提供有效的信息。目前，已有大量研究者采用数值仿真的方法模拟锂离子电池的特性，但这些研究基本都局限于单独的正常工作过程或热失控过程，而很少关注到锂离子电池从正常工作状态到热失控状态的转变过程，且无法实现对锂离子电池从正常工作状态到热失控状态全过程的模拟。锂离子动力电池在实际应用中，总是在外界因素的触发下，从正常工作状态转变到热失控状态。所以，现有的仿真方法实际上无法实现对锂离子电池在实际应用过程中发生热失控的过程的模拟。因此，如何提供一种能够实现对锂离子电池从正常工作状态到热失控状态的性能仿真方法，成为亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术实施例提供一种锂离子电池性能仿真方法和系统。第一方面，本专利技术实施例提供一种锂离子电池性能仿真方法，所述方法包括：获取锂离子电池的温度；获取所述电池的电化学-热耦合模型和热失控模型；根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学-热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。第二方面，本专利技术实施例提供一种锂离子电池性能仿真系统，所述系统包括：温度获取模块，用于获取锂离子电池的温度；模型获取模块，用于获取所述电池的电化学-热耦合模型和热失控模型；计算模块，用于根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学-热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，所述设备包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述锂离子电池性能仿真方法。第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述锂离子电池性能仿真方法。本专利技术实施例提供的锂离子电池性能仿真方法和系统，通过预设温度阈值，当锂离子电池的温度小于或等于所述温度阈值时，采用电化学-热耦合模型计算所述电池的电性能和热特性；当所述电池的温度大于所述温度阈值时，采用热失控模型计算所述电池的电性能和热特性，可以实现对锂离子电池从正常工作状态到热失控状态全过程的模拟，得到所述电池在正常工作过程、热失控触发过程和热失控过程中的电性能和热特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的锂离子电池性能仿真方法流程图；图2为本专利技术施例提供的锂离子电池性能仿真系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的锂离子电池性能仿真方法流程图，如图1所示，所述方法包括：步骤10、获取锂离子电池的温度；步骤11、获取锂离子电池的电化学-热耦合模型和热失控模型；步骤12、根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学-热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。具体地，服务器可以获取锂离子电池的电化学-热耦合模型和热失控模型，所述电化学-热耦合模型用于模拟锂离子电池在正常工作状态下的电性能和热特性；所述热失控模型用于模拟所述电池在热失控状态下的电性能和热特性。所述电性能包括：锂离子电池的电压随时间的变化关系、所述电池的电势分布及其随时间的变化关系以及所述电池的电流分布及其随时间的变化关系。所述热特性包括：锂离子电池的体系最高温度随时间的变化规律、所述电池的温度场分布及其随时间的变化关系、所述电池的总生热率随时间的变化关系以及所述电池的生热率空间分布及其随时间的变化关系。所述电化学-热耦合模型和所述热失控模型，都是基于ANSYSFluent建立的。服务器可以实时获取所述电池的温度，所述温度可以为所述电池的体系最高温度，将其作为控制模型切换的参数。由于锂离子电池处于正常工作状态时的温度小于处于热失控状态时的温度，服务器可以预先设定一个温度阈值，当所述电池的温度小于或等于所述温度阈值时，采用电化学-热耦合模型计算所述电池的电性能和热特性，当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。温度阈值可以根据锂离子电池的材料体系、容量大小等具体设置，比如可以设为60～120℃。其中，控制模型切换的逻辑是基于ANSYSSimplorer建立的。所述服务器可以分别设定所述电化学-热耦合模型和所述热失控模型的求解步长，由于热失控触发过程电压和温度变化较快，因此热失控模型的求解步长应小于所述电化学-热耦合模型的求解步长。服务器还可设定求解时间，所述求解时间应能覆盖电压下降到零和温度上升至最高值的全过程。本专利技术实施例提供的锂离子电池性能仿真方法，通过预设温度阈值，当锂离子电池的温度小于或等于所述温度阈值时，采用电化学-热耦合模型计算所述电池的电性能和热特性；当所述电池的温度大于所述温度阈值时，采用热失控模型计算所述电池的电性能和热特性，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池性能仿真方法，其特征在于，包括：获取锂离子电池的温度；获取所述电池的电化学‑热耦合模型和热失控模型；根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学‑热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池性能仿真方法，其特征在于，包括：获取锂离子电池的温度；获取所述电池的电化学-热耦合模型和热失控模型；根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预设规则包括：当所述温度小于或等于预设的温度阈值时，采用所述电化学-热耦合模型，计算所述电池的电性能和热特性；当所述温度大于所述温度阈值时，采用所述热失控模型，计算所述电池的电性能和热特性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所述电化学-热耦合模型和所述热失控模型的建立过程，所述建立过程包括：建立所述电池的有限元模型；获取所述电化学-热耦合模型中的第一参数和第一边界条件，以及所述热失控模型中的第二参数和第二边界条件；根据所述第一参数、所述第一边界条件和所述有限元模型，建立所述电化学-热耦合模型，根据所述第二参数、所述第二边界条件和所述有限元模型，建立所述热失控模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立所述电池的有限元模型，包括：获取所述电池的外形尺寸，根据所述外形尺寸，建立所述电池的三维几何模型；对所述三维几何模型进行网格化处理，得到第一网格模型；在所述第一网格模型中，确定活性区域、正极极耳区域和负极极耳区域，得到第二网格模型；获取所述活性区域、所述正极极耳区域和所述负极极耳区域在预设环境温度下的材料特性；根据所述材料特性和所述第二网格模型，建立所述电池的有限元模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述材料特性包括：密度、电导率、比热容和热传导系数。5.一种锂离子电池性能仿真系统，其特征在于，包括：温度获取模块，用于获取锂离子电池的温度；模型获取模块，用于获取所述电池的电化学-热耦合模型和热失控模型；计算模块，用于根据所述温度，按照预设规则，计算所述电池的电性能和热特性；其中，所述预...

【专利技术属性】
技术研发人员：方彦彦，崔义，王琳舒，云凤玲，黄倩，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11