确定电池热扩散阻断用材料厚度及导热系数边界值的方法技术

本发明专利技术实施例提出一种确定电池热扩散阻断用材料厚度和导热系数边界值的方法，通过试验获取电池单体的材料属性参数、电池单体绝热热失控温度

【技术实现步骤摘要】
确定电池热扩散阻断用材料厚度及导热系数边界值的方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种确定电池热扩散阻断用材料厚度和导热系数边界值的方法。

技术介绍

[0002]伴随新能源汽车保有量的快速增加和新体系高比能锂离子电池的推广应用，锂离子动力电池包起火甚至爆炸事故时有发生，越发引起广大消费者的关注和担忧。锂离子动力电池的安全性问题最终可归结于电池单体热失控以及电池系统热扩散。无论政府机构，还是各大电池厂和整车厂均已经意识到有效防控锂离子电池热失控及热扩散的重要性。
[0003]目前，在电池包中不同单体间布置一定厚度的隔热材料，这种方案已经成为各大电池厂和整车厂广泛采用的一种延缓或阻断电池热扩散的方法。为了确定能有效阻断热扩散且成本合理的隔热材料，各企业在电池系统的设计开发过程中，往往需要选取多种隔热材料对电池系统进行相应的热扩散试验。由于需要针对任一种材料在不同厚度下的方案分别进行验证，试验次数通常达到几十次甚至上百次之多，这无疑需要投入大量的时间和成本。
[0004]此外，基于上述反复试验的方法，仅可获知某种或某几种材料可以阻断热扩散，无法明确能够阻断热扩散时，隔热材料的某一属性参数的边界值。而隔热材料主要涉及厚度以及密度、比热和导热系数三种材料属性参数，其中厚度和导热系数的改变对于隔热效果起到更为关键的作用，因此，快速确定能够阻断热扩散的隔热材料厚度和导热系数的边界值，将有利于后续对隔热材料的进一步的寻优选型。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于避免通过传统反复试验的方式，对电池热扩散阻断用材料进行选型的过程中，存在的需要耗费大量时间和金钱成本，不利于对隔热材料的寻优选型等方面的不足，而提供的一种快速确定动力电池热扩散阻断用隔热材料厚度和导热系数边界值的分析方法。
[0006]本专利技术实施例提出一种快速确定电池热扩散阻断用隔热材料厚度和导热系数边界值的方法，所述方法包括：
[0007]步骤S100，通过试验获取电池单体的材料属性参数、电池单体绝热热失控温度
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时间变化试验数据和两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的的温度数据；
[0008]步骤S200，针对所述电池模组搭建三维几何模型，将所述三维几何模型导入Ansys Fluent Meshing中，根据所述三维几何模型设置网格参数，划分面网络，继而生成体网络；
[0009]步骤S300，切换至Ansys Fluent求解模式，进行物理模型设置，将所述电池单体绝热热失控温度
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时间变化试验数据拟合，得到电池单体热失控反应动力学方程相关参数，并赋予各电池单体热失控模型；对体网格不同区域设置对应的材料属性参数；对加热板设置产热功率及产热时间；对与环境直接接触的表面设置环境边界条件；
[0010]步骤S400，运行仿真计算，监视两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的温度值，并将所述温度值与所述试验获取的电池模组不同位置的温度数据对比，验证仿真模型的有效性和准确性；
[0011]步骤S500，基于通过验证的仿真模型，在Ansys Fluent中将隔热材料的导热系数设置为Input Parameter，对每块单体表征热失控反应过程的参数α均设置为Output Parameter；
[0012]步骤S600，在Ansys Workbench中，加载Fluent版块，导入已设置的所述Input和Output Parameter的仿真模型，根据需要建立多个Design Point，修改每个Design Point中的Input Parameter的具体数值，对应隔热板材料选取一定范围内的不同的导热系数值；
[0013]步骤S700，自动批量求解全部Design Point，并根据每个Design Point中的Output Parameter值判定各单体是否发生热失控，继而可以确定能够阻断热扩散的导热系数的边界值；
[0014]步骤S800，改变隔热板的厚度，重复步骤S200
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S700，获得不同厚度下隔热垫对应的导热系数边界值，特别的，对于步骤S300，无需重复拟合所述电池单体绝热热失控温度
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时间变化试验数据，将已获得的电池单体热失控反应动力学方程相关参数直接赋予各电池单体热失控模型即可，对于步骤S400，无需重复验证仿真模型有效性和准确性；依次获得能够阻断电池模组发生热扩散所需要隔热材料的厚度和导热系数边界值。
[0015]优选的，所述材料属性参数包括电池单体整体的密度、比热容、导热系数。
[0016]优选的，所述采用排水法测试得到电池体积，采用称重法得到重量，根据电池体积和重量获得材料属性参数密度。
[0017]优选的，所述电池单体整体的比热容通过绝热量热法获得，即在绝热量热仪创造的绝热环境中，采用以固定加热功率的电加热片加热电池使其温升，通过能量守恒定律获得其比热容变化。
[0018]优选的，所述电池单体整体的导热系数通过瞬态平面热源法获得。
[0019]优选的，所述电池单体整体的绝热热失控温度
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时间变化试验数据为通过加速量热仪中对电池单体开展绝热热失控试验获得。
[0020]优选的，所述三维几何模型包括电池单体的电芯整体、正极耳、负极耳、隔热板、加热板和卡具。
[0021]本专利技术实施例与现有技术相比，具体有益效果如下：
[0022]本专利技术实施例在电池系统的产品设计或优化改进阶段，与现阶段主要采用的反复多次的热扩散试验方法相比，可快速确定能够阻断热扩散的隔热材料厚度和导热系数边界值，明确最优隔热材料的选型方向，节省大量的时间和成本，且该方法较传统热扩散试验方法也更加安全环保，能够推动动力电池安全应用技术水平的提升，并具备高度工程化应用的条件。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0024]图1为本专利技术实施例所述方法流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例所述的三维几何模型；
[0026]图3为本专利技术实施例所述的材料导热系数边界值的参数化设置；
[0027]图4为本专利技术实施例所述的材料导热系数边界值参数化分析计算结果。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。
[0029]下面将结合参考附图来详细说明本专利技术实施例。
[0030]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定电池热扩散阻断用材料厚度和导热系数边界值的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S100，通过试验获取电池单体的材料属性参数、电池单体绝热热失控温度
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时间变化试验数据和模组热扩散过程中两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的的温度数据；步骤S200，针对所述电池模组搭建三维几何模型，将所述三维几何模型导入Ansys Fluent Meshing中，根据所述三维几何模型设置网格参数，划分面网络，继而生成体网络；步骤S300，切换至Ansys Fluent求解模式，进行物理模型设置，将所述电池单体绝热热失控温度
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时间变化试验数据拟合，得到电池单体热失控反应动力学方程相关参数，并赋予各电池单体热失控模型；对体网格不同区域设置对应的材料属性参数；对加热板设置产热功率及产热时间；对与环境直接接触的表面设置环境边界条件；步骤S400，运行仿真计算，监视两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的温度值，并将所述温度值与所述试验获取的电池模组不同位置的温度数据对比，验证仿真模型的有效性和准确性；步骤S500，基于通过验证的仿真模型，在Ansys Fluent中将隔热材料的导热系数设置为Input Parameter，对每块单体表征热失控反应过程的参数α均设置为Output Parameter；步骤S600，在Ansys Workbench中，加载Fluent版块，导入已设置的所述Input和Output Parameter的仿真模型，根据需要建立多个Design Point，修改每个Design Point中的Input Parameter的具体数值，对应隔热板材料选取一定范围内的不同的导热系数值；步骤S700，自动批量求解全部D...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小乐，林春景，刘磊，刘仕强，王芳，温浩然，王金伟，李丹华，
申请(专利权)人：中汽研汽车检验中心天津有限公司，
类型：发明
国别省市：