[发明专利]一种多点触发三元锂动力电池模组热失控仿真及预测方法

说明书

本发明公开了一种多点触发三元锂动力电池模组热失控仿真及预测方法，包括：建立动力电池模组三维模型，在电池模组中选择热失控多点触发位置；将电池模组三维模型导入有限元软件中，依据热滥用模型对电池组建立电池产热模型，施加热失控触发热源Q于所选取的多点触发位置电池，将电池域划分四边形为主自由网格，设置电池间换热方式为对流及传导，热失控仿真，得到电池模组温度、触发点、热源、热失控时间数据；采集不同触发点个数n与热失控触发热源Q引发热失控时间平均值t，由非线性最小二乘法拟合计算时间t与热失控热源Q、触发点个数n关系式，预测电池模组发生热失控时间；计算电池模组整体热失控预测关系式，对模组整体热失控时间进行计算。

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池技术领域，尤其涉及一种基于多点触发的 三元锂动力电池模组热失控仿真及预测方法。

背景技术

动力电池作为电动汽车的核心部件，其安全性对电动汽车的发展具有重 要的影响作用。动力电池在机械滥用、电滥用及热滥用下容易产生热失控状 况，对电动汽车及人员安全造成严重伤害，机械滥用及电滥用产生的大量热 量会导致电池温度过高，造成热滥用，进而产生热失控状况，即热滥用是导 致动力电池产生热失控的根本原因。动力电池模组作为动力电池系统重要组 成部件，对其安全性的研究具有重要意义，因此需要一种对动力电池模组在 不同碰撞工况下产生多点触发，引起模组热失控情况的仿真及预测方法。

目前国内对动力锂电池进行热失控安全测试时，多采取对动力电池单体 进行安全测试的方法，该法虽可对电池进行安全把控，但没有考虑到实际应 用中以模组形式在电动汽车中存在的动力电池模组的安全性，且未考虑到电 动车在实际行驶中遇到各种碰撞工况时产生的多点过热，进而导致动力电池 热失控的状况。

1)、合肥工业大学刘轻轻(2018)发表的论文“加热条件下电池热失控及其 扩展特性研究”中对3×3结构的镍钴锰锂离子动力电池模组采取中心点加热 的方式，探究不同间距及不同换热方式下动力电池模组的热失控规律。文献 中对模组中心位置处电池进行加热致使动力电池模组热失控，虽采用此法可 对电池模组间热失控规律较为直观的察看，但并未考虑实际工况中，电动汽 车发生碰撞等时导致电池模组中多点过热的情况，较为理想。本发明在考虑 不同碰撞工况导致电池模组中不同位置过热的前提下，采用具有高能量密度 的三元锂电池作为研究对象，对动力电池模组整体热失控的规律进行探索研 究，结果更具有实际应用性，且可根据所使用电池材料不同灵活更改参数， 实现对动力电池模组在不同碰撞工况下的整体热失控时间预测。

2)、“一种动力锂离子电池热失控早期预警方法”，专利号 CN110911772A。该发明提供一种动力锂离子电池热失控早期预警方法，通过 传感器分别检测温度、烟雾及特征气体，构建了三层动力锂电池热失控预警 机制，改善了现有监测预警形式简单、模式单一的问题，但此预警机制采用 电池系统作为试验对象，对其进行热失控试验并验证该机制准确性，试验成 本高，且针对不同材料及结构的电池需改动传感器位置及类别，通用性不足。本发明所涉及到的热失控预测方法采用仿真为主要手段，可根据不同材料电 池进行灵活设置，成本低，准确度高。

3)、长安大学涂超、黄清声在2018年发表于佳木斯大学学报低36卷第 5期的《NCM三元锂动力电池热失控研究》，该文章基于热滥用模型对NCM 三元锂方形电池单体进行了热失控行为研究。文献对在不同加热炉温下、不 同散热条件下引发三元锂方形动力电池单体热失控时间进行研究，但所考虑 的对象仅限于电池单体，且对电池单体热失控触发方式为环境高温加热，视 电池单体为均匀受热，然而在实际应用中，电池受热位置大多不均匀，且在 电动汽车中单池以成组的方式作为电池系统基本单位，因此，仅对动力电池 单体进行热失控研究，并不能对实际使用中动力电池热失控规律有较好掌握。 本发明对市面上最常见的圆柱形电池组成的NCM三元锂动力电池模组进行 热失控仿真，热失控触发方式采取热源精准加热，更加符合实际应用中，电 池受热不均匀情况，并考虑在不同碰撞工况下电池不同受热位置对模组整体 的热影响，使仿真情况更符合实际应用情况，更具有可信度。

发明内容