[發(fā)明專利]一種基于針刺內(nèi)部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911231468.0
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110968968A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發(fā)明公開了一種基于針刺內(nèi)部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，基于電池的電化學(xué)反應(yīng)機理和產(chǎn)熱特性原理，通過對鋰離子電池進行熱電特性試驗和建模仿真計算，研究充電條件下電池溫度變化特性，然后通過對針刺短路情況下短路內(nèi)阻的分析，進而根據(jù)上述充電條件電池溫度變化特性建立熱失控針刺短路模型，解決了現(xiàn)有針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法缺乏對電化學(xué)反應(yīng)機理和產(chǎn)熱特性的全面分析，且未考慮不同電池單體的特異性等問題。使用本發(fā)明提供的針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法，相比于現(xiàn)有針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法，能更有效地分析和預(yù)測電池的熱行為。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于針刺內(nèi)部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品采用鋰電池作為可持續(xù)儲能設(shè)備，同時由于不正當操作特別是過充造成的鋰電池安全事故頻繁發(fā)生。鋰離子電池在具有高性能優(yōu)勢和高增長的同時，也由于其具有高能量密度容易產(chǎn)生熱安全事故。越來越多的電動汽車發(fā)生熱安全事故是由于電池內(nèi)部破壞造成泄漏致起火、爆炸，通常情況下是電池在生產(chǎn)、組裝等一系列過程中由于操作不嚴或者技術(shù)有限生產(chǎn)出不合格的、有缺陷泄漏的電池，這些不合格的電池內(nèi)部正負極之間存在缺陷，或者正負集流體之間沒有進行絕緣處理。而在特殊情況是電池受到外力作用如撞擊、穿透、擠壓和沖擊造成電池內(nèi)部短路，造成電池發(fā)生熱失控，引發(fā)安全事故。

電池內(nèi)部短路是引發(fā)鋰電池發(fā)生熱失控的主要原因之一，現(xiàn)有的仿真模擬研究方法還不夠全面，存在不少的缺陷，尤其是缺乏對電化學(xué)反應(yīng)機理和產(chǎn)熱特性的全面分析，且未考慮不同電池單體的特異性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明公開了一種基于針刺內(nèi)部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，基于電池的電化學(xué)反應(yīng)機理和產(chǎn)熱特性原理，通過對鋰離子電池進行熱電特性試驗和建模仿真計算，研究充電條件下電池溫度變化特性，然后通過對針刺短路情況下短路內(nèi)阻的分析，進而根據(jù)上述充電條件電池溫度變化特性建立熱失控針刺短路模型，從而分析出不同參數(shù)下的電池單體性質(zhì)，實現(xiàn)針刺過程電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)變化的探究，解決了現(xiàn)有針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法缺乏對電化學(xué)反應(yīng)機理和產(chǎn)熱特性的全面分析，且未考慮不同電池單體的特異性等問題。使用本發(fā)明提供的針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法，相比于現(xiàn)有針刺鋰離子電池過充的熱失控仿真研究方法，能更有效地分析和預(yù)測電池的熱行為。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于針刺內(nèi)部短路鋰離子電池的熱失控仿真方法，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(shù)據(jù)U(t)、時域電流數(shù)據(jù)I(t)和時域表面溫度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)OCV_n(t)和時域剩余電量變化數(shù)據(jù)SOC_n(t)，其中n為1～N的正整數(shù)，代表第n次試驗，N為試驗總次數(shù)；

S3：根據(jù)鋰電池樣本內(nèi)部的各種材料具有各向異性導(dǎo)熱系數(shù)的特征，按鋰電池樣本物質(zhì)材料進行分層，建立鋰電池分層結(jié)構(gòu)模型；

S4：根據(jù)電池電化學(xué)反應(yīng)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(jié)構(gòu)模型進行分格式建模，建立鋰電池電化學(xué)產(chǎn)熱模型；

S5：使用有限元法求解鋰電池電化學(xué)產(chǎn)熱模型，得到鋰電池仿真時域電壓和仿真時域溫度數(shù)據(jù)；

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