[發明專利]一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法

有效

• 申請號: 201910743313.9
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110633496B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王青松;梅文昕;段強領;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平;賈玉忠

1.一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟一，選取一種單體電芯，獲取其三維幾何參數，力學和熱力學初始參數；

步驟二，根據熱膨脹系數、溫差及和應力-應變關系的耦合機制，建立三維電芯尺度的熱-力耦合模型；應力和熱通過電池的溫度來進行耦合，當溫度變化的時候，電池的溫差ΔT也會變化，就會導致熱應變的變化，熱應變的變化進而導致總應變和總應力的變化，而應力的變化又會反過來導致電池溫度的變化，以此來實現熱-力模型的耦合；

步驟三，實驗測定電池溫度和極耳溫度，進行模型的有效性驗證；

步驟四，得到電池的溫度分布和沿著x,y,z三個方向的膨脹位移及應力。

2.根據權利要求1所述的一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，熱-力耦合模型為三維電芯宏觀尺度的熱膨脹模型，其模型幾何包含了電芯主體，以及正負極極耳，可得到電芯主體和正負極極耳的應力、膨脹行為和溫度分布。

3.根據權利要求1所述的一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，步驟二根據熱膨脹系數、溫差及和應力-應變關系的耦合機制，熱應變是與熱膨脹系數和電芯溫差有關的量，以此實現了應力和傳熱物理場的耦合。

4.根據權利要求1所述的一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，該方法步驟三中首先通過實驗測定電池的溫度和極耳溫度，之后與模擬數據進行對比，充分驗證了模型的有效性。

5.根據權利要求1所述的一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，三維電芯尺度的宏觀熱-力耦合模型可觀測到電芯在放電過程中電池的溫度分布。

6.根據權利要求1所述的一種基于熱-力耦合模型的鋰離子電池放電過程中熱應力和溫度的確定方法，其特征在于，三維電芯尺度的宏觀熱-力耦合模型可觀測到電芯在放電過程中沿著x,y,z三個方向的膨脹位移及應力。