[發明專利]確定電池熱擴散阻斷用材料厚度及導熱系數邊界值的方法

在審

• 申請號: 202110778476.8
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113626946A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 馬小樂;林春景;劉磊;劉仕強;王芳;溫浩然;王金偉;李丹華
• 申請（專利權）人: 中國汽車技術研究中心有限公司;中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
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本發明實施例提出一種確定電池熱擴散阻斷用材料厚度和導熱系數邊界值的方法，通過試驗獲取電池單體的材料屬性參數、電池單體絕熱熱失控溫度?時間變化試驗數據和模組熱擴散過程中兩兩電池單體之間與隔熱板接觸面中心位置的的溫度數據，將電池模組三維幾何模型導入Ansys軟件，并進行前處理和相關設置，通過自動化批量仿真計算獲得能夠阻斷熱擴散的隔熱板材料的厚度和導熱系數邊界值。本發明實施例可快速確定能夠阻斷熱擴散的隔熱材料厚度和導熱系數邊界值，明確最優隔熱材料的選型方向，節省大量的時間和成本，且更加安全環保，能夠推動動力電池安全應用技術水平的提升，并具備高度工程化應用的條件。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種確定電池熱擴散阻斷用材料厚度和導熱系數邊界值的方法。

背景技術

伴隨新能源汽車保有量的快速增加和新體系高比能鋰離子電池的推廣應用，鋰離子動力電池包起火甚至爆炸事故時有發生，越發引起廣大消費者的關注和擔憂。鋰離子動力電池的安全性問題最終可歸結于電池單體熱失控以及電池系統熱擴散。無論政府機構，還是各大電池廠和整車廠均已經意識到有效防控鋰離子電池熱失控及熱擴散的重要性。

目前，在電池包中不同單體間布置一定厚度的隔熱材料，這種方案已經成為各大電池廠和整車廠廣泛采用的一種延緩或阻斷電池熱擴散的方法。為了確定能有效阻斷熱擴散且成本合理的隔熱材料，各企業在電池系統的設計開發過程中，往往需要選取多種隔熱材料對電池系統進行相應的熱擴散試驗。由于需要針對任一種材料在不同厚度下的方案分別進行驗證，試驗次數通常達到幾十次甚至上百次之多，這無疑需要投入大量的時間和成本。

此外，基于上述反復試驗的方法，僅可獲知某種或某幾種材料可以阻斷熱擴散，無法明確能夠阻斷熱擴散時，隔熱材料的某一屬性參數的邊界值。而隔熱材料主要涉及厚度以及密度、比熱和導熱系數三種材料屬性參數，其中厚度和導熱系數的改變對于隔熱效果起到更為關鍵的作用，因此，快速確定能夠阻斷熱擴散的隔熱材料厚度和導熱系數的邊界值，將有利于后續對隔熱材料的進一步的尋優選型。

發明內容

本發明實施例的目的在于避免通過傳統反復試驗的方式，對電池熱擴散阻斷用材料進行選型的過程中，存在的需要耗費大量時間和金錢成本，不利于對隔熱材料的尋優選型等方面的不足，而提供的一種快速確定動力電池熱擴散阻斷用隔熱材料厚度和導熱系數邊界值的分析方法。

本發明實施例提出一種快速確定電池熱擴散阻斷用隔熱材料厚度和導熱系數邊界值的方法，所述方法包括：

步驟S100，通過試驗獲取電池單體的材料屬性參數、電池單體絕熱熱失控溫度-時間變化試驗數據和兩兩電池單體之間與隔熱板接觸面中心位置的的溫度數據；

步驟S200，針對所述電池模組搭建三維幾何模型，將所述三維幾何模型導入AnsysFluent Meshing中，根據所述三維幾何模型設置網格參數，劃分面網絡，繼而生成體網絡；

步驟S300，切換至Ansys Fluent求解模式，進行物理模型設置，將所述電池單體絕熱熱失控溫度-時間變化試驗數據擬合，得到電池單體熱失控反應動力學方程相關參數，并賦予各電池單體熱失控模型；對體網格不同區域設置對應的材料屬性參數；對加熱板設置產熱功率及產熱時間；對與環境直接接觸的表面設置環境邊界條件；

步驟S400，運行仿真計算，監視兩兩電池單體之間與隔熱板接觸面中心位置的溫度值，并將所述溫度值與所述試驗獲取的電池模組不同位置的溫度數據對比，驗證仿真模型的有效性和準確性；

步驟S500，基于通過驗證的仿真模型，在Ansys Fluent中將隔熱材料的導熱系數設置為Input Parameter，對每塊單體表征熱失控反應過程的參數α均設置為OutputParameter；