一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法技术

一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法，包括：根据动力电池使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定动力电池几何尺寸、热物性参数与电化学参数；根据动力电池电化学原理，构建锂电池电化学方程，进而构建锂电池电化学模型；根据动力电池材料热分解反应原理，构建锂电池热失控材料分解产热方程，进而构建热失控模型；根据电池使用场景构建锂电池散热方程和传热方程，耦合上述电化学模型和热失控模型，继而完成电热与热失控耦合模型；根据已构建的电热与热失控耦合模型，使用CFD软件编程，设定边界条件，网格划分，求解进行电池热特性仿真。本发明专利技术成本低、模拟精度高、适用广泛，能够可靠研究锂离子电池的温度特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法
本专利技术涉及电池管理系统
，尤其涉及一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法。
技术介绍
当前我国大力发展新能源技术，而动力电池是电动汽车动力来源且为核心部件，动力电池性能研究具有重要意义。锂离子电池因具有成本低、比能量高、循环性能好和无记忆效应等优点，占据绝大数市场份额。动力电池以高放电倍率快速充电时，都会释放大量的热。热量的产生和迅速堆积势必引起电池内部温度升高，若热量不能及时排出，可能会引发电池局部热失控热蔓延进而导致整个电池组的燃烧甚至爆炸。目前研究动力电池温度性能的方法主要有两种，实验法和仿真方法。实验法对特定的电池温度研究具备准确的特性，但对多种电池，电池使用场景改变等环境不适应，具有成本高、过程繁琐、不灵活的缺点。目前研究动力电池的仿真方法，均仅仅研究动力电池正常温度充放电状态下的温度特性，热失控状态下的温度特性等单一特性，没有一种方法能够同时研究动力电池充放电状态下和热失控状态下的仿真方法，从而无法研究动力电池局部热失控热蔓延对整个电池包的影响。因此十分有必要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法，其特征在于，所述方法包括；/nA根据动力电池使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定动力电池几何尺寸、热物性参数与电化学参数；/nB根据动力电池电化学原理，构建锂电池电化学方程，进而构建锂电池电化学模型；/nC根据动力电池材料热分解反应原理，构建锂电池热失控材料分解产热方程，进而构建热失控模型；/nD根据电池使用场景构建锂电池散热方程和传热方程，耦合上述电化学模型和热失控模型，继而完成电热与热失控耦合模型；/nE根据电热与热失控耦合模型，使用CFD软件编程，设定边界条件，网格划分，求解进行电池热特性仿真。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法，其特征在于，所述方法包括；
A根据动力电池使用场景及仿真计算需要建立几何优化模型，确定动力电池几何尺寸、热物性参数与电化学参数；
B根据动力电池电化学原理，构建锂电池电化学方程，进而构建锂电池电化学模型；
C根据动力电池材料热分解反应原理，构建锂电池热失控材料分解产热方程，进而构建热失控模型；
D根据电池使用场景构建锂电池散热方程和传热方程，耦合上述电化学模型和热失控模型，继而完成电热与热失控耦合模型；
E根据电热与热失控耦合模型，使用CFD软件编程，设定边界条件，网格划分，求解进行电池热特性仿真。


2.如权利要求1所述的基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法，其特征在于，所述步骤A中：所述动力电池几何尺寸为动力电池单体的几何尺寸；所述热物性参数包括：电池各向导热率k、电池比热容Cp、电池密度ρ；电化学参数包括：负极长度L_neg、隔膜长度L_sep、正极长度L_pos、负极导电率σs_neg、正极导电率σs_pos、负极区域体积分数εs_neg、正极区域体积分数εs_pos、负极区域电解质相体积分数εl_neg、隔膜区域电解质相体积分数εl_sep、正极区域电解质相体积分数εl_pos、负极区域组成粒子半径rs_neg、正极区域组成粒子半径rs_pos、负极区域锂离子初始浓度Cs0_neg、正极区域锂离子初始浓度Cs0_pos、负极区域锂离子初始浓度占比Cl0、正极区域锂离子初始浓度占比Cs0_pos/Csmax_pos、隔膜初始锂离子浓度Cs0/Csmax、负极电化学反应速率k_neg、正极电化学反应速率k_pos、隔膜锂离子迁移数t+、阳极传递系数αα、阴极传递系数αc、负极brug_neg修正系数、隔膜brug_sep修正系数与正极brug_pos修正系数。


3.如权利要求1所述的基于电热与热失控耦合模型的动力电池仿真方法，其特征在于，所述步骤B中锂电池电化学方程包括如下:
固相锂离子物料守恒方程：



式中:cs表示电极活性颗粒内部固相锂离子浓度，t表示时间，Ds表示电极活性颗粒内部固相锂离子浓度，r表示球形颗粒内部半径方向距离；
液相锂离子物料守恒方程：









式中：εl表示多孔电极电解质相体积分数，ce表示电解质相锂离子浓度，表示液相锂离子有效扩散系数，a表示隔膜比表面积，t+表示锂离子迁移数,j表示球形颗粒表面单位截面锂离子扩散通量,εs表示正极区域、负极区域或者隔膜固相体积分数，rs表示正极、负极或者隔膜组成粒子半径，De表示液相锂离子扩散系数，brug表示Bruggeman修正系数；
固相电荷守恒方程：









式中：表示固相有效电导率，is表示固相电流密度，φs表示固相电势，σs表示固相电导率,F表示法拉第常数；
液相电荷守恒方程：






式中：表示电解液有效电导率，φe表示液相电势，R表示理想气体常数，T表示锂离子电池的温度，f±表示电解液平均活度系数；
电化学反应动力学方程：






ηs＝(φs-φe-USEI)-Eeq
USEI＝aFjRSEI

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂雄，李伟，李远茂，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44