[發明專利]一種18650型鋰電池放電循環的瞬態溫度模型建模方法

有效

• 申請號: 201810816701.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109033619B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 汪秋婷;戚偉;肖鐸
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種18650型鋰電池放電循環的瞬態溫度模型建模方法，包括步驟：1)鋰電池單體放電循環熱模型的建立規則；2)建立瞬態熱行為的控制方程；3)建立瞬態熱行為的邊界條件。本發明的有益效果是：本發明基于Newman的偽二維模型建立鋰電池單體在不同放電倍率工況下的瞬態溫度模型，自行設計恒流充放電實驗裝置，采集、計算和仿真單體電池熱行為數據，并將瞬態溫度參數與電壓分布曲線進行結果分析，本發明提出的瞬態溫度模型具有很好的可靠性和有效性；同時本發明提出的新模型和新算法計算速度快，計算結果精度較高。

技術領域

本發明涉及一種18650型鋰電池放電循環工況下的瞬態溫度模型和電壓分布模擬曲線，更具體地說，它涉及一種恒流放電工況下的鋰電池瞬態溫度模型建立，以及溫度與放電電壓之間的函數關系曲線。

背景技術

鋰電池因能量密度高、壽命長、自放電率低等優點受到了行業的青睞，目前占據著動力電池的主要市場。鋰電池也有較大的局限性，主要是需要在適宜的環境溫度下工作，溫度過高或過低都會對其性能、循環壽命以及安全性產生較大影響。國內外眾多學者致力于鋰電池溫度模型的研究，提出不同的建模方法，如人工神經網絡、有限元模型(FEM)或集總參數模型(LPM)、線性參數變化(LPV)模型或偏微分方程(PDE)模型、CFD模型?；陔娀瘜W方程的模型對電池內部物理和化學過程進行精確描述，在設計電池單體時電化學模型實用可靠。但是，該模型的計算時間較長，不適用于高動態的鋰電池工作環境。Newman和Tie首次提出一種具有鋰電池動態應用的多孔電極電化學建模方法。在多孔電極理論中，電極被視為電解質溶液與固體基質之間的疊加。基質本身被建模為微觀的球形顆粒，其中鋰離子擴散并在球體表面上反應。Full等將該方法進行推廣，設計包括兩個復合模型和分離器的溫度模型，該模型同時適用于鋰電池和MH-Ni電池。

根據鋰電池充放電內部機制，電化學反應中的正極、負極和總反應公式為：

正極

負極

總公式

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種18650型鋰電池放電循環的瞬態溫度模型建模方法。

這種18650型鋰電池放電循環的瞬態溫度模型建模方法，包括如下步驟：

步驟1)：鋰電池單體放電循環熱模型的建立規則；將基于物理特征的二維電化學模型與反映鋰電池性能的電荷守恒和熱擴散方程相結合，從而計算溫度分布值；

步驟2)：建立瞬態熱行為的控制方程；方程描述固相電荷守恒、電解質相電荷守恒、固相鋰離子守恒、電解質相鋰離子守恒；

步驟2-1)：建立固相電荷守恒方程如下：

▽(ρ^eff▽φ_s)-i^Li＝0 (4)

另一種表示方式為：

And

And

其中，ρ^eff為固相有效電導率，ρ₊和ρ_-分別為正負極的有效電導率，φ₊和φ_-分別為相電勢正負極，l_n為負極長度，l_s為分離器長度，l_p為正極長度，L＝l_n+l_s+l_p為總長度；

步驟2-2)：建立電解質相電荷守恒方程如下：