【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池结构件优化设计，特别是涉及一种锂离子电池结构件优化设计方法。
技术介绍
1、锂离子动力电池广泛应用于电动化交通领域，然而里程焦虑和充电焦虑是公认的制约电动汽车大规模推广普及的核心原因。通过提高电池充电倍率快充补能可消除纯电车里程焦虑，是当前电池发展方向。金属连接片、极耳作为锂离子电池的重要金属部件，其发热特性对电芯的温度分布影响较大，合理的金属连接片及极耳的结构设计应该考虑其对电芯温度分布的影响。尤其对于快充电池而言，随着充电速度提升，会造成电池极组部分及金属结构件部分发热量的升高，影响电池的寿命，同时部分区域长期处于高温环境，会使电池存在安全隐患，所以合理的金属结构件设计，是设计快充电池的关键因素之一。另外，通过改变铝连接片尺寸设计fuse结构，在外部短路时使其发生熔断以快速切断电流起到保护作用，是设计电池结构件的关键之一。
2、目前有采用ansys fluent热模拟仿真方法来预测动力电池的温度性能，模拟仿真方法以其计算周期短、成本低等优点广泛应用于电池温度性能研究中。模拟仿真可以在不做出实际产品的前提下，通过输入一系列的信息数据，来计算在不同运行场景下电池的温度分布。另外一种方法，可以通过doe方法制备多组实物电池，通过实际测量工况下电池温度，得到电池的发热特性。
3、对于ansys fluent热模拟仿真而言，热模型求解的精度受到电芯实际产热功率、装配比、极组的极耳结构及结构件热阻的直接影响，方形锂离子电池实际产热功率与体系设计、装配比设计相关性强，通过传统的直接直流内阻转换无
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为克服现有技术的不足和缺陷，而提供一种锂离子电池金属结构件优化设计方法，本专利技术的方法能准确模拟锂电池各部分的温度，便于分析不同工况下电芯内部各部件，包括金属连接片、极耳以及电芯各部位温度分布，为结构件设计开发提供坚实的数据支撑。
2、一种锂离子电池结构件优化设计方法，包括步骤：
3、s1.建立已有结构电芯三维模型；
4、s2.在不同soc工况下对已有结构电芯内部温度进行测量，得到不同soc工况下已有电池极组各部位温度数据；
5、s3.根据已有电池极组各部位温度布数据对已有结构电芯三维模型中仿真计算得到的不同soc工况下电芯极组产热功率进行修正，使模型仿真数据与实测数据相匹配，得到修正后不同soc工况下电芯极组产热功率；
6、s4.建立目标结构电芯细化仿真模型；
7、s5.基于修正后不同soc工况下电芯极组产热功率及目标结构电芯中金属结构件产热功率，在目标结构电芯细化仿真模型中，通过仿真计算得到目标结构电芯各部件的温度数据；
8、s6.在目标结构电芯细化仿真模型中，根据目标结构电芯各部件的温度数据对目标结构电芯各部件设计进行修正，使满足过流、短路测试熔断的要求。
9、其中，所述在不同soc工况下对已有结构电芯内部温度进行测量，得到不同soc工况下已有电池极组各部位温度数据，包括：
10、在已有结构电芯的预定位置布置热电偶；
11、使用预设测试策略对已有结构电芯进行充电测试，记录预设位置的热电偶温度，得到不同soc工况下电池极组的温度分布数据。
12、其中，所述目标结构电芯中金属结构件包括不同形状结构的金属连接片、极耳、极柱、连接排、焊接点以及短路装置。
13、其中，所述目标结构电芯细化仿真模型通过在线仿真平台ansys fluent建立。
14、其中，所述目标结构电芯中金属结构件产热功率通过ansys fluent电势模块计算出来金属结构件焊接内阻，结合焦耳定律计算获得。
15、其中，所述已有结构电芯三维模型通过comsol建模仿真平台建立。
16、其中，所述已有结构电芯三维模型中仿真计算获得的不同soc下电芯极组产热功率是通过comsol的电化学模型计算获得。
17、其中，所述得到修正后不同工况下电芯极组产热功率后，还包括：
18、将仿真计算得到的随非均匀时间变化的电芯极组产热功率的变量通过编程处理成时间间隔均匀的变量，以使与目标结构电芯细化仿真模型求解计算时间步长保持一致；将电芯极组产热功率、金属构件产热功率导入目标结构电芯细化仿真模型中，进行目标结构电芯各部件的温度数据的仿真计算。
19、其中，在短路装置结构仿真设计时，在目标结构电芯细化仿真模型中代入不同短路装置结构设计，使用外接短路工况下电流进行仿真，得到该外部短路工况下电芯各部件的最高温度随短路时间变化曲线；优化短路装置结构设计直至目标结构电芯各部件的最高温度满足设计要求。
20、其中，在目标结构电芯细化仿真模型中仿真计算时，分别采用自然散热、液冷的边界条件，其中自然散热采用设置对流换热系数实现，液冷通过设置冷却液温度及质量流量实现；液冷位置为电芯底面，自然散热位置为除电芯底面外和其它所有外露面。
21、本专利技术通过已有结构电芯的实测数据修正已有结构电芯三维模型的不同soc工况下电芯极组产热功率，然后利用获得的修正后的不同soc工况下电芯极组产热功率以及目标结构电芯中金属结构件产热功率，在目标结构电芯细化仿真模型中，通过仿真计算得到目标结构电芯各部件的温度数据，根据目标结构电芯各部件的温度数据对目标结构电芯各部件设计进行修正，使满足过流、短路测试熔断的要求，能准确模拟锂电池各部分的温度，便于分析不同工况下电芯内部各部件，包括金属连接片、极耳、以及电芯各部位温度分布，为结构件设计开发提供更为准确的数据支撑。
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1.锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述在不同SOC工况下对已有结构电芯内部温度进行测量，得到不同SOC工况下已有电池极组各部位温度数据，包括：
3.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述目标结构电芯中金属结构件包括不同形状结构的金属连接片、极耳、极柱、连接排、焊接点以及短路装置。
4.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于所述目标结构电芯细化仿真模型通过在线仿真平台Ansys Fluent建立。
5.根据权利要求4所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述目标结构电芯中金属结构件产热功率通过Ansys Fluent电势模块计算出来金属结构件焊接内阻，结合焦耳定律计算获得。
6.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述已有结构电芯三维模型通过Comsol建模仿真平台建立。
7.根据权利要求6所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述已有结构
8.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述得到修正后不同工况下电芯极组产热功率后，还包括：
9.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，在短路装置结构仿真设计时，在目标结构电芯细化仿真模型中代入不同短路装置结构设计，使用外接短路工况下电流进行仿真，得到该外部短路工况下电芯各部件的最高温度随短路时间变化曲线；优化短路装置结构设计直至目标结构电芯各部件的最高温度满足设计要求。
10.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，在目标结构电芯细化仿真模型中仿真计算时，分别采用自然散热、液冷的边界条件，其中自然散热采用设置对流换热系数实现，液冷通过设置冷却液温度及质量流量实现；液冷位置为电芯底面，自然散热位置为除电芯底面外和其它所有外露面。
...【技术特征摘要】
1.锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述在不同soc工况下对已有结构电芯内部温度进行测量，得到不同soc工况下已有电池极组各部位温度数据，包括：
3.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述目标结构电芯中金属结构件包括不同形状结构的金属连接片、极耳、极柱、连接排、焊接点以及短路装置。
4.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于所述目标结构电芯细化仿真模型通过在线仿真平台ansys fluent建立。
5.根据权利要求4所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述目标结构电芯中金属结构件产热功率通过ansys fluent电势模块计算出来金属结构件焊接内阻，结合焦耳定律计算获得。
6.根据权利要求1所述锂离子电池结构件优化设计方法，其特征在于，所述已有结构电芯三维模型通过comsol建模仿真平台建立。
【专利技术属性】
技术研发人员：阴育新，刘畅，
申请(专利权)人：天津力神新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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