(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810439964.4
(22)申请日 2018.05.09
(71)申请人 西安交通大学
地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号
(72)发明人 屈治国 江智元
(74)专利代理机构 北京中济纬天专利代理有限
公司 11429
代理人 覃婧婵
(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
(54)发明名称基于热阻网络模型的电池热失控预测方法(57)摘要本发明公开了一种基于热阻网络模型的电池热失控预测方法，方法把大型电池包内的电池单体简化成热网络节点，将电池组系统内的对流、导热、辐射过程简化成热阻，利用电路求解方法实现电池组传热过程的快速计算。此外，将不同的冷却方 式简化成相应的热阻模块嵌入电池组热阻网络，可以评估冷却方式对热失控防护的有效性。热失控预测过程包括：基于电池单体的传热特征参数建立单体热阻网络；计算电池稳态工作发热量并设定相应的热管理方案，通过实验获得热失控过程电池单体发热特征；建立电池组热阻网络；给定热失控发生位置并设定正常电池热失控温度下限；记录预测电池组损毁进度和损毁时间， 并评定不同热管理措施的防护效果。权利要求书2页 说明书7页 附图6页CN 108647432 A 2018.10.12
C N 108647432
A
1.一种基于热阻网络模型的电池热失控预测方法，所述方法包括以下步骤：
第一步骤(S1)中：根据电池组各个部件连接方式和物性参数建立热阻网络并设定网络节点的热阻值，其中，物性参数包括电池的热物性参数、电池的运行参数、电池组几何参数、电池组包装材料物性参数和/或热管理材料物性参数；
第二步骤(S2)中：建立单体电池产热模型，基于电池物性参数和电池运行参数计算电池发热功率，建立热管理模块热阻模型，其中，热管理模块包括纯相变材料温控模块、单一热管温控模块和/或热管与相变材料相结合的温控模块；
第三步骤(S3)中：建立电池单体模块热阻网络，其中，热阻网络内的热流输入包括内热源产生的热流和外界输入热流，热阻网络中的电池由等效电流源、和等效电容组成，其中等效电流源为所述电池发热功率，等效电容由电池热容值转换得到，电池与热管理模块连接，电池向外界的热流输出包括导入热管理模块的热流和导出到其他电池的热流；
第四步骤(S4)中：根据电池组内电池单体的排布设置电池单体的连接形式建立电池组热阻网络；
第五步骤(S5)中：设置热失控发生位点，利用电路求解对电池组热失控过程进行计算，获得电池组各电池温度变化并评估热管理模块冷却效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，电池包括锂电池，电池正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元材料，电池负极为碳材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池的运行参数包括电压参数和/或电流参数，所述电池物性参数包括电池等效比热容、电池轴向热导率、电池径向热导率、电池隔膜材料热值、电池正极材料热值、电池负极材料热值和/或电解液热值，热管理材料物性参数包括相变材料比热容、相变材料相变点、相变材料相变潜热值和/或相变材料热导率，电池组的几何参数包括电池的外观尺寸和/或电池组内电池间距。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤(S2)中：电池单体产热模型包括电池热源节点、电池比热容节点以及电池与外界的传热热阻节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：电池热源包括电池正常工作发热量与电池热失控发热量，电池正常工作发热量经由计算获得，电池热失控发热量由绝热加速量热仪测量获得，热失控触发形式包括针刺、过充和过热。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步骤(S3)中：所述电池单体热网络模型由单体电池产热模型与电池热管理模块串联组成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步骤(S4)中：电池组热网络由多个电池单体组成，电池单体间的换热包括导热和辐射，电池组与外界环境的换热包括对流与辐射。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步骤(S5)中：热失控触发点包括一个或多个位点，正常电池由于周围电池热失控被加热升温至120℃以上认为该电池也发生了热失控。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤(S2)中：单一热管温控模块的热管的热阻网络由管壳热阻、吸液芯热阻和蒸汽区热阻串联组成。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步骤(S5)中：设置热失控发生位点，当加入散热模块，
记录电池组内各电池单体温度变化情况，记录10分钟内电池组内电池热
失控数量，当不加入散热模块，记录电池组内各电池单体温度变化情况，记录10分钟内电池组内电池热失控数量，利用电路求解对电池组热失控过程进行计算，获得电池组各电池温度变化并评估热管理模块冷却效果。
基于热阻网络模型的电池热失控预测方法
技术领域
[0001]本发明属于电池安全技术领域，特别是一种基于热阻网络模型的电池热失控预测方法。
背景技术
[0002]由于传统能源的短缺危机和环境保护的客观要求，新能源汽车，包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，已成为各国汽车产业发展的重要方向。其中，采用锂离子电池的纯电动汽车作为较为成熟的技术方案，已经实现了多个品牌的商业化并且市场份额快速增长。然而，锂离子电池由于其结构特征及所使用的材料性质导致了其不可避免的安全性问题。电动汽车由于工作电压与电流需求，其电池模块需要数千个锂电池单体通过串并联组成，考虑到车内空间，大量电池需要在密闭空间内紧凑排列。在车辆运行过程中，若因机械碰撞损伤、过热、短路、过充等因素，导致某些锂电池单体进入热失控状
态，热量会向周围电池传播，继而将热失控传播到整个电池组，最终造成电池组整体燃烧、爆炸的灾难性后果。关于锂离子电池组热失控导致的燃烧爆炸事故时见报道。电池热失控传播过程属于连锁反应，对其传播规律的研究能有效评估电池组的安全性以及电池热管理系统的有效性。[0003]目有研究主要采用实验和有限元建模方法。如专利CN105974319A一种18650型锂电池热失控连锁反应测试方法，通过加热棒与数个电池相连并在电池表面布置热电偶，记录油加热棒放热引起的热失控过程。但是，实验方法只能针对小规模电池组和有限工况条件对电池进行测试，对大电池组的传播规律难以预测。又如专利CN106599508A一种手机运行时的锂离子电池热失控预测方法，利用有限元方法对手机进行建模，通过求解多个传热传质方程得到热失控放热特性。有限元方法虽能基于实际电池进行一比一建模，但由于模型尺度太大，需要大量计算资源与计算时间，时效性差无法实现在线预测。基于此，本发明提出基于热阻网络模型的电池组热失控方案，通过此方法，实现电池组热失控传播的快速预测。
发明内容
[0004]针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于热阻网络模型的电池热失控预测方法，其通过热阻网络模型建立电池组传热网络，通过特定的热阻和热容值来模拟电池组真实热过程，给定热失控发生位置，预测电池组损毁进度和损毁时间，并评定不同热管理措施的防护效果。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于热阻网络模型的电池热失控预测方法包括以下步骤：
[0006]第一步骤中：根据电池组各个部件连接方式和物性参数建立热阻网络并设定网络节点的热阻值，其中，物性参数包括电池的热物性参数、电池的运行参数、电池组几何参数、电池组包装材料物性参数和/或热管理材料物性参数，
[0007]第二步骤中：建立单体电池产热模型，基于电池物性参数和电池运行参数计算电
池发热功率，建立热管理模块热阻模型，其中，热管理模块包括纯相变材料温控模块、单一热管温控模块和/或热管与相变材料相结合的温控模块，
[0008]第三步骤中：建立电池单体模块热阻网络，其中，热阻网络内的热流输入包括内热源产生的热流和外界输入热流，热阻网络中的电池由等效电流源、和等效电容组成，其中等效电流源为所述电池发热功率，等效电容由电池热容值转换得到，电池与热管理模块连接，电池向外界的热流输出包括导入热管理模块的热流和导出到其他电池的热流，
[0009]第四步骤中：根据电池组内电池单体的排布设置电池单体的连接形式建立电池组热阻网络；
[0010]第五步骤中：设置热失控发生位点，利用电路求解对电池组热失控过程进行计算，获得电池组各电池温度变化并评估热管理模块冷却效果。
[0011]在所述的方法中，电池包括锂电池，电池正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元材料，
电池负极为碳材料。
[0012]在所述的方法中，所述电池的运行参数包括电压参数和/或电流参数，所述电池物性参数包括电池等效比热容、电池轴向热导率、电池径向热导率、电池隔膜材料热值、电池正极材料热值、电池负极材料热值和/或电解液热值，热管理材料物性参数包括相变材料比热容、相变材料相变点、相变材料相变潜热值和/或相变材料热导率，电池组的几何参数包括电池的外观尺寸和/或电池组内电池间距。
[0013]在所述的方法中，第二步骤中：电池单体产热模型包括电池热源节点、电池比热容节点以及电池与外界的传热热阻节点。
[0014]在所述的方法中，电池热源包括电池正常工作发热量与电池热失控发热量，电池正常工作发热量经由计算获得，电池热失控发热量由绝热加速量热仪测量获得，热失控触发形式包括针刺、过充和过热。
[0015]在所述的方法中，第三步骤中：所述电池单体热网络模型由单体电池产热模型与电池热管理模块串联组成。
[0016]在所述的方法中，第四步骤中：电池组热网络由多个电池单体组成，电池单体间的换热包括导热和辐射，电池组与外界环境的换热包括对流与辐射。
[0017]在所述的方法中，第五步骤中：热失控触发点包括一个或多个位点，正常电池由于周围电池热失控被加热升温至120℃以上认为该电池也发生了热失控。
[0018]在所述的方法中，第二步骤中：单一热管温控模块的热管的热阻网络由管壳热阻、吸液芯热阻和蒸汽区热阻串联组成。
[0019]在所述的方法中，第五步骤中：设置热失控发生位点，当加入散热模块，记录电池组内各电池单体温度变化情况，记录10分钟内电池组内电池热失控数量，当不加入散热模块，记录电池组内各电池单体温度变化情况，记录10分钟内电池组内电池热失控数量，利用电路求解对电池组热失控过程进行计算，获得电池组各电池温度变化并评估热管理模块冷却效果。
[0020]采用本发明方法可有效抑对电池热失控进行快速预测，并评估热管理模块冷却效果。
[0021]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议