[發明專利]一種圓柱型鋰離子電池模組內熱失控傳播行為的預測方法

在審

• 申請號: 202011178643.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112307617A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王青松;翟宏舉;段強領;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R31/36;G01N25/00;G01N25/18;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開了一種圓柱型鋰離子電池模組內熱失控傳播行為的預測方法，通過將電池表面溫度與熱失控概率相關聯，通過等效傳熱實驗得到單體電池的整體比熱容，利用基于等效傳熱實驗的熱量傳遞函數對指定模組內單體電池熱失控后的傳熱過程進行定量計算，并利用加熱棒加熱實驗結果及傳播過程中階段性溫差系數對模型初始狀態及熱量傳遞計算結果進行修正，最后得出模組內熱失控傳播終止條件及傳播路徑概率計算方法。該方法可以在確定模組內初始熱失控電池位置的前提下，快速計算出模組內熱失控傳播路徑及其概率，結果可為圓柱型鋰離子電池模組的安全設計提供重要指導依據。

技術領域

本發明涉及電池安全領域，具體涉及一種圓柱型鋰離子電池模組內熱失控傳播行為的預 測方法。

背景技術

鋰離子電池由于其擁有高比能、高循環壽命、體積小、自放電率低及對環境無污染等優 勢，近年來迅速發展成為新一代儲能電源，目前鋰離子電池在移動通信、電力儲能、交通動 力及航空軍工等領域得到了廣泛應用。但其自身的安全問題一直是限制其更廣泛應用及進一 步發展的關鍵性問題，鋰離子電池在實際應用中多以串并聯成組的方式使用，單體電池的熱 失控往往會導致模組內其它電池發生熱失控，進而使整個模組內電池全部陷入熱失控，即發 生電池熱失控的傳播，最終導致嚴重的火災爆炸事故，因此對鋰離子電池模組內熱失控傳播 的過程進行深入研究是十分必要的。

目前的相關研究大多利用觸發指定位置單體電池熱失控的模組級實驗來模擬熱失控傳 播的過程，通過對實驗結果的分析可以得到特定實驗條件下熱失控傳播的行為特征，但實驗 中的熱失控傳播過程具有唯一性，且由于單體電池自身存在的一致性問題，熱失控傳播實驗 的重復性很難得到保證；除了實驗研究以外，也有研究者利用Comsolmultiphysics、Matlab simulink及Fluent等軟件對模組內熱失控傳播過程進行數值仿真研究，但純模型仿真方法難 以準確模擬電池熱失控傳播過程，仿真模型計算結果過高的規律性無法與實際應用場景中的 熱失控傳播隨機性相適應，因此在分析模組內熱失控傳播過程時綜合考慮單體電池熱失控概 率及傳播路徑概率具有重要意義。

發明內容

為了解決目前熱失控傳播實驗結果的唯一性以及實驗的重復性問題，本發明提供了一種 圓柱型鋰離子電池模組內熱失控傳播行為的預測方法，通過觸發模組內特定位置電池發生熱 失控，利用電池間熱失控傳熱方程及溫差修正系數等對熱失控電池與其它電池間的熱量傳遞 計算進行修正，得出下一階段電池模組內的溫度分布，根據模組內未熱失控電池溫度及其熱 失控概率判斷熱失控傳播是否終止，進而通過概率計算公式得到熱失控沿某條路徑進行傳播 的概率值。

本發明技術方案如下：一種圓柱型鋰離子電池模組內熱失控傳播行為的預測方法，包括 以下步驟：

步驟一，選擇要測試的圓柱形單體鋰離子電池，通過多次單體電池熱失控的實驗數據， 得到電池熱失控概率隨溫度變化的函數；

步驟二，通過等效傳熱實驗得到單體鋰離子電池的整體比熱容；

步驟三，通過加熱棒加熱實驗結果確定模組熱失控傳播模型的初始溫度分布狀態；

步驟四，通過等效傳熱實驗，得到單體電池熱失控過程中對模組內不同位置電池的熱量 傳遞值大小，進而得到熱量傳遞值對于電池間距的函數；

步驟五，通過不同排列方式的等效傳熱實驗結果及傳熱方程理論計算得到熱失控電池通 過熱輻射方式傳遞給模組內其它位置電池的熱量及占總傳熱量的比率，進而引入輻射溫差修 正系數和導熱對流溫差修正系數；

步驟六，確定初始熱失控電池在模組內的位置并觸發熱失控；

步驟七，通過熱量傳遞計算得到模組內其他電池的當前溫度；

步驟八，判斷模組內是否存在電池熱失控概率大于0，即電池溫度大于熱失控傳播閾值 溫度下限T^*，或是否存在多個電池熱失控概率同時大于1；