[發明專利]基于熱阻網絡模型的電池熱失控預測方法

有效

• 申請號: 201810439964.4
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108647432B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 屈治國;江智元
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明公開了一種基于熱阻網絡模型的電池熱失控預測方法，方法把大型電池包內的電池單體簡化成熱網絡節點，將電池組系統內的對流、導熱、輻射過程簡化成熱阻，利用電路求解方法實現電池組傳熱過程的快速計算。此外，將不同的冷卻方式簡化成相應的熱阻模塊嵌入電池組熱阻網絡，可以評估冷卻方式對熱失控防護的有效性。熱失控預測過程包括：基于電池單體的傳熱特征參數建立單體熱阻網絡；計算電池穩態工作發熱量并設定相應的熱管理方案，通過實驗獲得熱失控過程電池單體發熱特征；建立電池組熱阻網絡；給定熱失控發生位置并設定正常電池熱失控溫度下限；記錄預測電池組損毀進度和損毀時間，并評定不同熱管理措施的防護效果。

技術領域

本發明屬于電池安全技術領域，特別是一種基于熱阻網絡模型的電池熱失控預測方法。

背景技術

由于傳統能源的短缺危機和環境保護的客觀要求，新能源汽車，包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車，已成為各國汽車產業發展的重要方向。其中，采用鋰離子電池的純電動汽車作為較為成熟的技術方案，已經實現了多個品牌的商業化并且市場份額快速增長。然而，鋰離子電池由于其結構特征及所使用的材料性質導致了其不可避免的安全性問題。電動汽車由于工作電壓與電流需求，其電池模塊需要數千個鋰電池單體通過串并聯組成，考慮到車內空間，大量電池需要在密閉空間內緊湊排列。在車輛運行過程中，若因機械碰撞損傷、過熱、短路、過充等因素，導致某些鋰電池單體進入熱失控狀態，熱量會向周圍電池傳播，繼而將熱失控傳播到整個電池組，最終造成電池組整體燃燒、爆炸的災難性后果。關于鋰離子電池組熱失控導致的燃燒爆炸事故時見報道。電池熱失控傳播過程屬于連鎖反應，對其傳播規律的研究能有效評估電池組的安全性以及電池熱管理系統的有效性。

目有研究主要采用實驗和有限元建模方法。如專利CN105974319A一種18650型鋰電池熱失控連鎖反應測試方法，通過加熱棒與數個電池相連并在電池表面布置熱電偶，記錄油加熱棒放熱引起的熱失控過程。但是，實驗方法只能針對小規模電池組和有限工況條件對電池進行測試，對大電池組的傳播規律難以預測。又如專利CN106599508A一種手機運行時的鋰離子電池熱失控預測方法，利用有限元方法對手機進行建模，通過求解多個傳熱傳質方程得到熱失控放熱特性。有限元方法雖能基于實際電池進行一比一建模，但由于模型尺度太大，需要大量計算資源與計算時間，時效性差無法實現在線預測。基于此，本發明提出基于熱阻網絡模型的電池組熱失控方案，通過此方法，實現電池組熱失控傳播的快速預測。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于熱阻網絡模型的電池熱失控預測方法，其通過熱阻網絡模型建立電池組傳熱網絡，通過特定的熱阻和熱容值來模擬電池組真實熱過程，給定熱失控發生位置，預測電池組損毀進度和損毀時間，并評定不同熱管理措施的防護效果。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現，一種基于熱阻網絡模型的電池熱失控預測方法包括以下步驟：

第一步驟中：根據電池組各個部件連接方式和物性參數建立熱阻網絡并設定網絡節點的熱阻值，其中，物性參數包括電池的熱物性參數、電池的運行參數、電池組幾何參數、電池組包裝材料物性參數和/或熱管理材料物性參數，

第二步驟中：建立單體電池產熱模型，基于電池物性參數和電池運行參數計算電池發熱功率，建立熱管理模塊熱阻模型，其中，熱管理模塊包括純相變材料溫控模塊、單一熱管溫控模塊和/或熱管與相變材料相結合的溫控模塊，

第三步驟中：建立電池單體模塊熱阻網絡，其中，熱阻網絡內的熱流輸入包括內熱源產生的熱流和外界輸入熱流，熱阻網絡中的電池由等效電流源、和等效電容組成，其中等效電流源為所述電池發熱功率，等效電容由電池熱容值轉換得到，電池與熱管理模塊連接，電池向外界的熱流輸出包括導入熱管理模塊的熱流和導出到其他電池的熱流，

第四步驟中：根據電池組內電池單體的排布設置電池單體的連接形式建立電池組熱阻網絡；