一种外短路下新电热耦合模型建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种外短路下新电热耦合模型建模方法及系统。其中，该方法包括：建立描述外短路下电池行为的电气模型；其中，所述电池行为按时间顺序依次包括：电流上升阶段、极化第一阶段、极化第二阶段、平台期、破坏阶段；建立外短路发生时反应电池内部产生热量的产热模型；建立传热模型；将所述电气模型、所述产热模型、所述传热模型耦合得到新电热耦合模型。通过该方法建立的新电热耦合模型能够模拟复杂的短路情况，用于预测外短路情况下电池的复杂性和电特性。性和电特性。性和电特性。

【技术实现步骤摘要】
一种外短路下新电热耦合模型建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及电池储能系统智能故障诊断
，具体而言，涉及一种外短路下新电热耦合模型建模方法及系统。

技术介绍

[0002]碳达峰、碳中和背景下可再生能源的发展问题是一个热点问题，随着储能装机容量的不断提升，安全问题必须引起足够的重视，特别是储能锂离子电池的安全问题。外短路作为电池风险的重要部分，目前对它的研究较少。外短路(External Short Circuit，ESC)故障可导致大电流和高温，是电池故障的主要原因之一。由于ESC下电池的复杂电热特性，其分析和诊断仍具有挑战性。目前越来越多的研究者对外短路进行了研究。
[0003]现有技术中，外短路的诊断方法可以分为3类，分别为阈值方法、数据分析方法和单一模型方法。阈值法很难保证在电池的整个寿命周期内传感器的测量性能，因此大多数研究通过数据分析法和单一模型方法来实现外短路的故障诊断。然而数据分析法鲁棒性差，单一模型法无法模拟复杂的短路情况，导致精度较低。
[0004]针对现有技术中外短路诊断方法中采用单一模型法，无法模拟复杂的短路情况，导致精度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例中提供一种外短路下新电热耦合模型建模方法，以解决现有技术中外短路诊断方法中采用单一模型法，无法模拟复杂的短路情况，导致精度较低的问题。
[0006]为达到上述目的，一方面，本专利技术提供了一种外短路下新电热耦合模型建模方法，该方法包括：建立描述外短路下电池行为的电气模型；其中，所述电池行为按时间顺序依次包括：电流上升阶段、极化第一阶段、极化第二阶段、平台期、破坏阶段；建立外短路发生时反应电池内部产生热量的产热模型；建立传热模型；将所述电气模型、所述产热模型、所述传热模型耦合得到新电热耦合模型。
[0007]可选的，所述电气模型包括：电池电流、电池端电压；所述电池电流根据以下公式计算：
[0008][0009]其中，ε表示电池电流，λ表示电池开路电压，R
int
表示欧姆内阻，R
p
表示极化电阻，R
ESC
表示短路电阻，z电池荷电状态，T
b
表示电池温度，Q表示电池剩余容量；
[0010]所述电池端电压根据以下公式计算：
[0011]U
t
＝εR
ESC
[0012]其中，U
t
表示电池端电压，ε表示电池电流，R
ESC
表示短路电阻。
[0013]可选的，所述极化电阻根据以下公式计算：
[0014][0015]其中，所述R
p
表示极化电阻，所述a1、a2、a3为拟合参数，Q
L
表示极化第一阶段结束时的放电容量，Q表示破坏阶段结束时的放电容量。
[0016]可选的，所述产热模型包括：欧姆热、副反应热和可逆热；所述副反应热包括：固体电解质界面膜分解产生的热、负溶剂反应产生的热、正溶剂反应产生的热和电解质分解产生的热。
[0017]可选的，所述传热模型包括：热传导、热对流和热辐射。
[0018]可选的，所述热传导、热对流和热辐射根据能量守恒定律和傅里叶定律，建立三维温度分布的导热控制方程：
[0019][0020]其中，ρ是密度；C
p
是材料在恒压下的比热容；T是电池温度；是每单位体积的发热率；k
t
是传热系数，r、z分别是圆柱坐标系下的三维方向。
[0021]另一方面，本专利技术提供了一种外短路下新电热耦合模型建模系统，该系统包括：第一建模单元，用于建立描述外短路下电池行为的电气模型；其中，所述电池行为按时间顺序依次包括：电流上升阶段、极化第一阶段、极化第二阶段、平台期、破坏阶段；第二建模单元，用于建立外短路发生时反应电池内部产生热量的产热模型；第三建模单元，用于建立传热模型；耦合单元，用于将所述电气模型、所述产热模型、所述传热模型耦合得到新电热耦合模型。
[0022]可选的，所述电气模型包括：电池电流、电池端电压；所述电池电流根据以下公式计算：
[0023][0024]其中，ε表示电池电流，λ表示电池开路电压，R
int
表示欧姆内阻，R
p
表示极化电阻，R
ESC
表示短路电阻，z电池荷电状态，T
b
表示电池温度，Q表示电池剩余容量；
[0025]所述电池端电压根据以下公式计算：
[0026]U
t
＝εR
ESC
[0027]其中，U
t
表示电池端电压，ε表示电池电流，R
ESC
表示短路电阻。
[0028]可选的，所述产热模型包括：欧姆热、副反应热和可逆热；所述副反应热包括：固体电解质界面膜分解产生的热、负溶剂反应产生的热、正溶剂反应产生的热和电解质分解产生的热。
[0029]可选的，所述传热模型包括：热传导、热对流和热辐射。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]本专利技术提供了一种外短路下新电热耦合模型建模方法及系统，该方法包括：建立
描述外短路下电池行为的电气模型；其中，所述电池行为按时间顺序依次包括：电流上升阶段、极化第一阶段、极化第二阶段、平台期、破坏阶段；建立外短路发生时反应电池内部产生热量的产热模型；建立传热模型；将所述电气模型、所述产热模型、所述传热模型耦合得到新电热耦合模型。通过该方法建立的新电热耦合模型能够模拟复杂的短路情况，用于预测外短路情况下电池的复杂性和电特性。
[0032]为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
[0033]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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0034]图1为本专利技术实施例提供的一种外短路下新电热耦合模型建模方法的流程图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的一种外短路下新电热耦合模型建模系统的结构示意图。
具体实施方式
[0036]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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
[0037]现有技术中，外短路的诊断方法可以分为3类，分别为阈值方法、数据分析方法和单一模型方法。阈值法很难保证在电池的整个寿命周期内传感器的测量性能，因此大多数研究通过数据分析法和单一模型方法来实现外短路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外短路下新电热耦合模型建模方法，其特征在于，包括：建立描述外短路下电池行为的电气模型；其中，所述电池行为按时间顺序依次包括：电流上升阶段、极化第一阶段、极化第二阶段、平台期、破坏阶段；建立外短路发生时反应电池内部产生热量的产热模型；建立传热模型；将所述电气模型、所述产热模型、所述传热模型耦合得到新电热耦合模型。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电气模型包括：电池电流、电池端电压；所述电池电流根据以下公式计算：其中，ε表示电池电流，λ表示电池开路电压，R
int
表示欧姆内阻，R
p
表示极化电阻，R
ESC
表示短路电阻，z电池荷电状态，T
b
表示电池温度，Q表示电池剩余容量；所述电池端电压根据以下公式计算：U
t
＝R
ESC
其中，U
t
表示电池端电压，ε表示电池电流，R
ESC
表示短路电阻。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述极化电阻根据以下公式计算：其中，所述R
p
表示极化电阻，所述a1、a2、a3为拟合参数，Q
L
表示极化第一阶段结束时的放电容量，Q表示破坏阶段结束时的放电容量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述产热模型包括：欧姆热、副反应热和可逆热；所述副反应热包括：固体电解质界面膜分解产生的热、负溶剂反应产生的热、正溶剂反应产生的热和电解质分解产生的热。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述传热模型包括：热传导、热对流和热辐射。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述热传导、热对流和热辐射根据能量守恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔金良，杨宁，李鹏飞，赵珈卉，朱勇，张斌，刘明义，王建星，刘承皓，杨超然，平小凡，白盼星，段召容，成前，王娅宁，周敬伦，郝晓伟，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：