[發(fā)明專利]一種多點觸發(fā)三元鋰動力電池模組熱失控仿真及預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010417278.4
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111597747A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉桂雄;張瑜;李遠茂
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 王澤云

本發(fā)明公開了一種多點觸發(fā)三元鋰動力電池模組熱失控仿真及預(yù)測方法，包括：建立動力電池模組三維模型，在電池模組中選擇熱失控多點觸發(fā)位置；將電池模組三維模型導(dǎo)入有限元軟件中，依據(jù)熱濫用模型對電池組建立電池產(chǎn)熱模型，施加熱失控觸發(fā)熱源Q于所選取的多點觸發(fā)位置電池，將電池域劃分四邊形為主自由網(wǎng)格，設(shè)置電池間換熱方式為對流及傳導(dǎo)，熱失控仿真，得到電池模組溫度、觸發(fā)點、熱源、熱失控時間數(shù)據(jù)；采集不同觸發(fā)點個數(shù)n與熱失控觸發(fā)熱源Q引發(fā)熱失控時間平均值t，由非線性最小二乘法擬合計算時間t與熱失控?zé)嵩碤、觸發(fā)點個數(shù)n關(guān)系式，預(yù)測電池模組發(fā)生熱失控時間；計算電池模組整體熱失控預(yù)測關(guān)系式，對模組整體熱失控時間進行計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動汽車動力電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多點觸發(fā)的 三元鋰動力電池模組熱失控仿真及預(yù)測方法。

背景技術(shù)

動力電池作為電動汽車的核心部件，其安全性對電動汽車的發(fā)展具有重 要的影響作用。動力電池在機械濫用、電濫用及熱濫用下容易產(chǎn)生熱失控狀 況，對電動汽車及人員安全造成嚴(yán)重傷害，機械濫用及電濫用產(chǎn)生的大量熱 量會導(dǎo)致電池溫度過高，造成熱濫用，進而產(chǎn)生熱失控狀況，即熱濫用是導(dǎo) 致動力電池產(chǎn)生熱失控的根本原因。動力電池模組作為動力電池系統(tǒng)重要組 成部件，對其安全性的研究具有重要意義，因此需要一種對動力電池模組在 不同碰撞工況下產(chǎn)生多點觸發(fā)，引起模組熱失控情況的仿真及預(yù)測方法。

目前國內(nèi)對動力鋰電池進行熱失控安全測試時，多采取對動力電池單體 進行安全測試的方法，該法雖可對電池進行安全把控，但沒有考慮到實際應(yīng) 用中以模組形式在電動汽車中存在的動力電池模組的安全性，且未考慮到電 動車在實際行駛中遇到各種碰撞工況時產(chǎn)生的多點過熱，進而導(dǎo)致動力電池 熱失控的狀況。

1)、合肥工業(yè)大學(xué)劉輕輕(2018)發(fā)表的論文“加熱條件下電池?zé)崾Э丶捌?擴展特性研究”中對3×3結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳鋰離子動力電池模組采取中心點加熱 的方式，探究不同間距及不同換熱方式下動力電池模組的熱失控規(guī)律。文獻 中對模組中心位置處電池進行加熱致使動力電池模組熱失控，雖采用此法可 對電池模組間熱失控規(guī)律較為直觀的察看，但并未考慮實際工況中，電動汽 車發(fā)生碰撞等時導(dǎo)致電池模組中多點過熱的情況，較為理想。本發(fā)明在考慮 不同碰撞工況導(dǎo)致電池模組中不同位置過熱的前提下，采用具有高能量密度 的三元鋰電池作為研究對象，對動力電池模組整體熱失控的規(guī)律進行探索研 究，結(jié)果更具有實際應(yīng)用性，且可根據(jù)所使用電池材料不同靈活更改參數(shù)， 實現(xiàn)對動力電池模組在不同碰撞工況下的整體熱失控時間預(yù)測。

2)、“一種動力鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警方法”，專利號 CN110911772A。該發(fā)明提供一種動力鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警方法，通過 傳感器分別檢測溫度、煙霧及特征氣體，構(gòu)建了三層動力鋰電池?zé)崾Э仡A(yù)警 機制，改善了現(xiàn)有監(jiān)測預(yù)警形式簡單、模式單一的問題，但此預(yù)警機制采用 電池系統(tǒng)作為試驗對象，對其進行熱失控試驗并驗證該機制準(zhǔn)確性，試驗成 本高，且針對不同材料及結(jié)構(gòu)的電池需改動傳感器位置及類別，通用性不足。本發(fā)明所涉及到的熱失控預(yù)測方法采用仿真為主要手段，可根據(jù)不同材料電 池進行靈活設(shè)置，成本低，準(zhǔn)確度高。

3)、長安大學(xué)涂超、黃清聲在2018年發(fā)表于佳木斯大學(xué)學(xué)報低36卷第 5期的《NCM三元鋰動力電池?zé)崾Э匮芯俊罚撐恼禄跓釣E用模型對NCM 三元鋰方形電池單體進行了熱失控行為研究。文獻對在不同加熱爐溫下、不 同散熱條件下引發(fā)三元鋰方形動力電池單體熱失控時間進行研究，但所考慮 的對象僅限于電池單體，且對電池單體熱失控觸發(fā)方式為環(huán)境高溫加熱，視 電池單體為均勻受熱，然而在實際應(yīng)用中，電池受熱位置大多不均勻，且在 電動汽車中單池以成組的方式作為電池系統(tǒng)基本單位，因此，僅對動力電池 單體進行熱失控研究，并不能對實際使用中動力電池?zé)崾Э匾?guī)律有較好掌握。 本發(fā)明對市面上最常見的圓柱形電池組成的NCM三元鋰動力電池模組進行 熱失控仿真，熱失控觸發(fā)方式采取熱源精準(zhǔn)加熱，更加符合實際應(yīng)用中，電 池受熱不均勻情況，并考慮在不同碰撞工況下電池不同受熱位置對模組整體 的熱影響，使仿真情況更符合實際應(yīng)用情況，更具有可信度。

發(fā)明內(nèi)容