【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热处理，尤其涉及锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法。
技术介绍
1、随着锂离子电池在汽车清洁化过程中的大规模应用，不得不提到锂离子电池的安全性问题。由于一些制造缺陷或使用不当等原因，锂离子电池会发生热失控的现象。具体表现为，单个电池因机械滥用(挤压、针刺、碰撞等)、电滥用(过充电、过放电、内短路等)和热滥用等引起单个电池内焦耳热和化学反应热的集聚。热聚集之后会致使电池内温度升高，最终引发热失控链式反应，导致电池起火、爆炸。同时热失控的过程中电池会放出更多的热量，在散热条件不好的情况下相邻的单体电池被热失控电池从常温加热到触发热失控，这个热失控传播的过程被称为“热失控蔓延”、“热失控扩散”、“热失控扩展”或“热失控传播”。一旦发生了热失控蔓延，就意味着大于等于两节单体电池的能量被释放到模组当中。电池系统发生次生火灾的概率大大增加，也意味着此时整个模组乃至整个汽车都处在危险的情况下。因此热失控以及蔓延事故极易造成人员伤亡与财产损失。
2、目前通过多方面去消除热失控及蔓延产生的影响，首先，实验测试：通过对锂离子电池进行外部热、电或机械应激来研究其热失控行为。但这种方法可能存在数据采集误差、实验成本高、不易大规模推广等问题。其次，宏观建模：考虑到电池组的整体特性，对电池组的热失控行为进行宏观描述，但这种方法往往忽略了单体电池之间的详细交互作用。再次，电池内部化学反应研究：研究电池内部在失控条件下的化学反应机理，以及这些反应释放出的热量和产生的气体种类和数量。这种方法对于了解失控的深层次机理有一定的价
3、通过上述的方法虽能降低其出现故障影响，但是还是会存在以下的缺陷，对于电池单体的热失控热源的，采用arrhenius公式或实验得出来的经验公式模拟锂离子电池活性材料在高温下的分解反应，对于电池单体的计算和实验数据相比还原程度较高，但是缺点是如果是数量较多的电池模组热蔓延建模的话，因为计算量很庞大，且求解复杂；作为模组级别的仿真，当电池模组内单体较多时，通常会建立集总电池模型，集总电池是指在指定的实验工况下，将电池间的产热和传热进行简化，这种模型的好处是一旦模型的结果得到验证，会有很高的实验精度，而且模型的开发的开放程度很高。采用thunderheadengineeringpyrosim(fds)对电池单体热失控在固定范围内的烟气流动模型和热模型，并进行仿真实验研究，但是fds软件的建模机理是材料用来定义表面，表面用来定义障碍物，而且该软件的燃烧物只能定义为一种化合物，如果没有找到合适的电池燃烧的等效替代性，很难讲结果定义的准确。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，旨在解决上述的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的，锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，所述数学建模方法包括以下步骤：
3、s1、根据热力学第一定律建立热失控能量平衡方程得到数学建模需求热源项参数；
4、s2、依据几何结构获取电池在热失控和热蔓延产热中的热源项参数；
5、s3、将获取热源项参数作为输入依据建立电池数学模型。
6、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s2中还包括以下步骤：
7、s21、根据组成电池组的单体电池构建电池模组的集合模型；
8、s22、构建电池模型产热控制方程；
9、s23、搭建电芯级电池热失控和气体释放模型；
10、s24、获取电池热失控的特征温度；
11、s25、获取电池热失控质量损失率、产气成分及产气量。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s22中电池的三维产热控制方程对时间进行一次微分，三维产热控制方程其中，表示电池热失控过程中的实时产热，表示电池的残留部分随温度变化持续向外辐射的热量，表示电池剩余的质量，cp表示电池的比热容，表示电池产生的气体向外辐射的总热量，cpi表示不同组分气体在高温下的气体热容，表示电池向外产生颗粒物的产生的实时热量，表示颗粒物的比热容。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s23中还包括以下步骤：
14、s231、根据热滥用将软包点出电芯单体设为趁热最小单元；
15、s232、设置电池热失控阶段电芯相位喷发颗粒物和产生在时间段遵循随时间的一次函数；
16、s233、将喷发的颗粒物和产气在空气域中的形态设置为统一气态物质；
17、s234、在模型中设定电芯喷发的颗粒物的比热容和电芯常温下的比热容相等。
18、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s233对电池热失控产生气体和颗粒物收集时在容量1000l的aec绝热定容爆炸仓内进行侧向加热热失控，最大允许工作压力20mpa的密闭舱体。
19、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s24中对模组内部的电芯单体进行电池热失控的电池自产热起始温度t1、池热失控的触发温度t2及电池热失控的最高温度t3进行测量。
20、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s24中将测量的电池自产热起始温度t1、池热失控的触发温度t2及电池热失控的最高温度t3作为电池热失控和热蔓延的触发条件。
21、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤s25通过函数式估算电池的总产气量，其函数式pend表示热失控结束时对应的压力传感器测出的数值，pend为此刻温度传感器记录的环境温度数值，p0、t0实验初始时刻aec舱内压力与环境温度的数值，vchamber为本实验所使用的aec定容燃烧弹弹内容积。
22、本专利技术的另一目的在于提供锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模系统，所述数学建模系统包括
23、构建平衡模块，用于根据热力学第一定律建立热失控能量平衡方程得到数学建模需求热源项参数；
24、参数获取模块，用于依据几何结构获取电池在热失控和热蔓延产热中的热源项参数；
25、模型建立模块，用于将获取热源项参数作为输入依据建立电池数学模型。
26、本专利技术的进一步技术方案是：所述参数获取模块中还包括
27、模型构建单元，用于根据组成电池组的单体电池构建电池模组的几何模型；
28、方程构建单元，用于构建电池模型产热控制方程；
29、搭建模型单元，用于搭建电芯级电池热失控和气体释放模型；
30、温度获取单元，用于获取电池热失控的特征温度；
31、产物获取单元，用于获取电池热失控质量损失率、产气成分及产气量；
32、所述方程构建单元中电池的三维产热控制方程对时间进行一次微分，三维产热控制方程其中，表示电池热失控过程中的实时产热，表示电池的残留部分随温度变化持续向外辐射的热量，表示电池剩余的质量，cp表示电池的比热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述数学建模方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S22中电池的三维产热控制方程对时间进行一次微分，三维产热控制方程其中，表示电池热失控过程中的实时产热，表示电池的残留部分随温度变化持续向外辐射的热量，表示电池剩余的质量，Cp表示电池的比热容，表示电池产生的气体向外辐射的总热量，Cpi表示不同组分气体在高温下的气体热容，表示电池向外产生颗粒物的产生的实时热量，表示颗粒物的比热容。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S23中还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S233对电池热失控产生气体和颗粒物收集时在容量1000L的AEC绝热定容爆炸仓内进行侧向加热热失
6.根据权利要求5所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S24中对模组内部的电芯单体进行电池热失控的电池自产热起始温度T1、池热失控的触发温度T2及电池热失控的最高温度T3进行测量。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S24中将测量的电池自产热起始温度T1、池热失控的触发温度T2及电池热失控的最高温度T3作为电池热失控和热蔓延的触发条件。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤S25通过函数式估算电池的总产气量，其函数式Pend表示热失控结束时对应的压力传感器测出的数值，Tend为此刻温度传感器记录的环境温度数值，P0、T0实验初始时刻AEC舱内压力与环境温度的数值，Vchamber为本实验所使用的AEC定容燃烧弹弹内容积。
9.锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模系统，其特征在于，所述数学建模系统包括
10.根据权利要求9所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模系统，其特征在于，所述参数获取模块中还包括
...【技术特征摘要】
1.锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述数学建模方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤s2中还包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤s22中电池的三维产热控制方程对时间进行一次微分，三维产热控制方程其中，表示电池热失控过程中的实时产热，表示电池的残留部分随温度变化持续向外辐射的热量，表示电池剩余的质量，cp表示电池的比热容，表示电池产生的气体向外辐射的总热量，cpi表示不同组分气体在高温下的气体热容，表示电池向外产生颗粒物的产生的实时热量，表示颗粒物的比热容。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤s23中还包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的锂离子电池模组热失控和热蔓延产热的数学建模方法，其特征在于，所述步骤s233对电池热失控产生气体和颗粒物收集时在容量1000l的aec绝热定容爆炸仓内进行侧向加热热失控，最大允许工作压力20mpa的密闭舱体。<...
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