[發明專利]一種電池包熱失控仿真模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202110436713.2
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113094921B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 廉靜;楊書強;李飛鴻;于旭東;陳江紅;孟濤
• 申請（專利權）人: 上汽大眾汽車有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陶玉龍;陸嘉

1.一種電池包熱失控仿真模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、進行電芯的熱失控加速量熱儀測試，采集獲取相關參數并擬合生成相應的參數擬合函數；

步驟S2、初始化所有網格；

步驟S3、采用傳熱方程計算電加熱器加熱模組的溫度分布，直至熱失控觸發，發出熱失控信號；

步驟S4、采用傳熱方程計算熱失控下電芯間的傳熱；

步驟S5、計算電池包內的氣體及壓力分布；

步驟S6、計算模組與氣體間的對流換熱系數，更新步驟S4的傳熱方程；

步驟S7、計算電池包內的顆粒物分布；

步驟S8、若高壓連接件附近顆粒物密度大于設定值q₀，通過外部短路方程更新步驟S4的傳熱方程；

步驟S9、重復步驟S3～S8，直到終止時間或者設定的仿真終止條件時，完成全部仿真過程；

其中，所述步驟S1，包括以下步驟：

步驟S11、將電芯置于加速量熱儀設備中完成測試；

步驟S12、獲取電芯熱失控的反應活化能Ea；

步驟S13、參數擬合形成電芯熱失控的反應程度擬合函數；

步驟S14、參數擬合形成電芯熱失控的溫度擬合函數；

步驟S15、將電芯置于密閉環境中引發其熱失控，采集獲取電芯釋放氣體的速率和溫度參數；

步驟S16、參數擬合形成電芯熱失控釋放氣體的溫度擬合函數和質量流量擬合函數，參數擬合形成電芯熱失控釋放顆粒物的質量擬合函數；

步驟S17、計算獲取電芯熱失控釋放顆粒物的粒徑分布函數；

其中，所述步驟S13的電芯熱失控的反應程度擬合函數，對應表達式如下：

其中，α為表征反應發生程度的系數；

t為時間；

T為溫度；

f(α)為反應模型方程；

k(T)為與溫度相關的反應速率常量；

Ea為反應活化能；

k_B為玻爾茲曼常數；

γ為頻率因子；

所述步驟S14的電芯熱失控的溫度擬合函數，對應表達式如下：

其中，h為熱失控反應發生的總熱量；

c為電芯比熱；

所述步驟S3的傳熱方程，對應表達式如下：

其中，ρ為密度；

c為比熱；

T為溫度；

t為時間；

λ為導熱率；

Φ為單位時間內單位體積中內熱源的生成熱。

2.根據權利要求1所述的電池包熱失控仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟S3，包括以下步驟：

步驟S31、根據電池包熱失控試驗實際工況，計算熱失控模組加熱模塊的功率Φ1，將加熱模塊網格單元傳熱方程的內熱源Φ設置為Φ1；

步驟S32、對加熱模塊網格單元進行傳熱方程的迭代計算；

步驟S33、當加熱模塊網格單元的殘差小于設定值后，更新仿真時間，重復步驟S32，直至電芯部分體網格的內能E1＞Ea，進入步驟S34；

步驟S34、將加熱模塊網格單元的內熱源Φ＝Φ1設置為0；

步驟S35、發出電池熱失控信號。

3.根據權利要求1所述的電池包熱失控仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟S4，包括以下步驟：

步驟S41、對于電芯部分體網格的內能E1＞Ea的電芯部分網格單元采用電芯熱失控的反應程度擬合函數進行仿真迭代計算，初始狀態α＝0；

步驟S42、對于電芯部分體網格的內能E1＞Ea的電芯部分體網格的內熱源Φ設置為Φ2，Φ2采用電芯熱失控的溫度擬合函數進行仿真迭代計算。

4.根據權利要求1所述的電池包熱失控仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟S5，包括以下步驟：

步驟S51、將電芯防爆口處的氣體出口速度設置為電芯熱失控釋放氣體的質量流量擬合函數，將電芯防爆口處的溫度設置為電芯熱失控釋放氣體的溫度擬合函數，基于氣體連續性方程、納維斯托克斯方程和能量守恒方程，計算電池包內的氣流速度、溫度和壓力分布；

步驟S52，求解模組及電芯與氣體交界面處的對流換熱系數h。