[發明專利]一種基于能流分析的電池模組結構設計方法

有效

• 申請號: 202110264434.2
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113051721B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 鄭岳久;金昌勇;姚健;來鑫;孫濤;沈凱;周龍
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發明涉及一種基于能流分析的電池模組結構設計方法，包括以下步驟：獲取約束條件和預設置的電池模組熱蔓延時間T，構建電池模組模型；在仿真軟件中對電池模組模型進行熱蔓延仿真分析，如果熱蔓延時間t大于預設置的電池模組熱蔓延時間T，則得到了最優電池模組模型，否則，進行能流分析，增加單體電池的熱量流動路徑，減少相鄰單體電池之間的熱傳遞，再次進行熱蔓延仿真分析。與現有技術相比，本發明通過改變單體電池的排列方式來找到滿足約束條件且熱蔓延時間較長的電池模組模型，兼顧了電池模組的體積約束和熱蔓延時間要求，得到的電池模組模型能夠為消防措施爭取足夠多的時間，降低了災難事故發生的可能性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種基于能流分析的電池模組結構設計方法。

背景技術

隨著新能源汽車行業的高速發展，電動汽車的數量在不斷增長。電池包作為電動汽車的重要組成部分，其安全性問題必須被考慮，電池包一般包括多個電池模組，一個電池模組由多個單體電池組成。當某個單體電池受到外力擠壓和刺穿、外部熱源加熱、電池內外部短路等情況時，單體電池內部會發生不可控的連鎖產熱化學反應，這稱之為電池的熱失控反應。在電池模組或電池包內，若因一個單體電池發生熱失控反應而導致其他單體電池相繼發生熱失控反應，這稱之為電池的熱失控蔓延。單體電池熱失控所釋放的能量有限，但若單體電池之間發生熱失控蔓延從而導致電池模組，甚至電池包的熱失控，大量電池熱失控所釋放的能量累積起來就十分巨大了，有可能造成汽車的燃燒，甚至爆炸，危害性極大。由于單體電池的熱失控無法避免，因此如何防止單體電池熱失控在整個電池模組或電池包中的蔓延成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于能流分析的電池模組結構設計方法，建立電池模組模型并對其進行熱蔓延仿真分析和能流分析，通過改變單體電池的排列方式來增加單體電池的熱量流動路徑，以找到滿足約束條件且熱蔓延時間較長的電池模組模型，兼顧了電池模組的體積約束和熱蔓延時間要求，得到的電池模組模型能夠為消防措施爭取足夠多的時間，提高了電池模組的安全性，降低了災難事故發生的可能性。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于能流分析的電池模組結構設計方法，包括以下步驟：

S1：獲取約束條件和預設置的電池模組熱蔓延時間T，所述約束條件包括電池模組體積V和電池模組功率P，基于約束條件構建得到電池模組模型；

S2：在仿真軟件中對電池模組模型進行熱蔓延仿真分析，記錄熱蔓延時間t，如果電池模組模型的熱蔓延時間t大于預設置的電池模組熱蔓延時間T，則執行步驟S4，否則，執行步驟S3；

S3：對電池模組模型進行能流分析，計算熱失控的單體電池向相鄰單體電池所傳遞的熱流量，在滿足約束條件的前提下改變電池模組模型中單體電池的排列方式以增加單體電池的熱量流動路徑和減小相鄰單體電池之間的熱傳遞，執行步驟S2；

S4：將當前得到的電池模組模型作為最優電池模組模型，獲取最優電池模組模型的結構和熱蔓延時間T0；

S5：基于最優電池模組模型的結構和熱蔓延時間T0確定消防系統，得到電池模組結構。

進一步的，步驟S1中，基于約束條件構建得到電池模組模型具體為：基于電池模組功率P確定單體電池的數量，基于電池模組體積V和單體電池的數量建立電池模組模型的幾何模型，在幾何模型上添加模型參數，得到電池模組模型。

進一步的，所述熱蔓延時間為一個單體電池開始發生熱失控至相鄰單體電池開始發生熱失控的時間長度。

進一步的，步驟S2中，如果電池模組模型沒有發生熱蔓延，則認為熱蔓延時間t大于預設置的電池模組熱蔓延時間T。