[發明專利]一種基于針刺內部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法

在審

• 申請號: 201911231468.0
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110968968A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 胡廣地;黃文才;葉夢琪;郭峰;趙利民;劉濤;賽景輝;胡堅耀
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08;G01R31/367
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

1.一種基于針刺內部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對鋰電池樣本進行充放電試驗，得到鋰電池樣本充放電過程中的時域電壓數據U(t)、時域電流數據I(t)和時域表面溫度數據T(t)；

S2：對鋰電池樣本進行多重脈沖試驗，得到鋰電池樣本的時域過電位變化數據OCV_n(t)和時域剩余電量變化數據SOC_n(t)，其中n為1～N的正整數，代表第n次試驗，N為試驗總次數；

S3：根據鋰電池樣本內部的各種材料具有各向異性導熱系數的特征，按鋰電池樣本物質材料進行分層，建立鋰電池分層結構模型；

S4：根據電池電化學反應熱物理方程式，在三維空間中使用有限差分法對鋰電池分層結構模型進行分格式建模，建立鋰電池電化學產熱模型；

S5：使用有限元法求解鋰電池電化學產熱模型，得到鋰電池仿真時域電壓和仿真時域溫度數據；

S6：用鋰電池樣本充放電過程中的時域電壓數據U(t)、時域電流數據I(t)、時域表面溫度數據T(t)、時域過電位變化數據OCV_n(t)和時域剩余電量變化數據SOC_n(t)與鋰電池仿真時域電壓和仿真時域溫度數據進行比對，驗證鋰電池電化學產熱模型，判斷溫度最大誤差T_error是否小于預設的溫度誤差閾值T_th，若是，則跳轉至步驟S7，若否，則跳轉至步驟S3；

S7、判斷電壓最大誤差U_error是否小于預設的電壓誤差閾值U_th，若是，則驗證通過，并跳轉至步驟S8，若否，則驗證不通過，跳轉至步驟S3；

S8、建立鋼釘短路等效阻抗模型，得到鋼釘短路參數；

S9、根據鋰電池熱失控反應方程組，在鋰電池電化學產熱模型基礎上引入鋼釘短路參數建立熱失控針刺短路模型；

S10、更替鋼釘短路參數，根據熱失控針刺短路模型進行內部短路模擬，得到不同針刺短路位置和不同鋼釘的直徑，以及針刺鋰電池逐步損毀時的表面溫度分布特性和溫度、電流及電壓變化曲線；

S11、對針刺鋰電池內部短路模擬得到的數據進行分析，得到針刺鋰電池熱失控特征，從而預測真實環境中針刺鋰離子電池的熱行為。

2.根據權利要求1所述的基于針刺內部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，其特征在于，所述步驟S3中建立鋰電池分層結構模型時，對模型內部空間各處的電流密度進行相等近似處理。

3.根據權利要求1所述的基于針刺內部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，其特征在于，所述步驟S3中建立鋰電池分層結構模型時，對各層材料模型進行介質均勻、密度一致的近似處理。

4.根據權利要求1所述的基于針刺內部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，其特征在于，所述步驟S4中在三維空間中使用有限差分法對鋰電池分層結構模型進行分格式建模，建立鋰電池電化學產熱模型的步驟為：

S41：錄入鋰電池分層結構模型，并根據鋰電池樣本的材料屬性設置參數；

S42：根據鋰電池樣本的電極和隔膜中的容積組分，錄入電池的陽極、分隔膜和陰極中電解液、石墨、粘合劑、膜聚合物和鎳鈷錳酸鋰的成分占比；

S43：對鋰電池分層結構模型進行網格劃分，形成相應的求解域；

S44：對求解域進行有限元建模，實現鋰電池電化學產熱模型的建立。