[发明专利]一种软包式锂离子电池耦合电气热模型

说明书

本发明涉及一种软包式锂离子电池耦合电气热模型，包括：步骤1、建立锂离子电池热模型；步骤2、建立锂离子电池电气模型；步骤3、建立锂离子电池热生成模型；步骤4、计算耦合电气热模型特征参数；步骤5、实验验证。本发明的有益效果是：本发明可以在不使用温度传感器的情况下，为锂电池管理系统提供有效的温度信息，实现单体电池温度分布均匀化；提出的耦合电气热模型可以应用于圆柱形锂电池单体，建立锂电池全参数模型；适用于软包式锂离子电池的耦合电气热模型考虑非均匀电流分布特征，并估计电流对表面温度的影响；本发明应用于锂聚合物软包式锂离子电池，电流瞬变过程中预测实际平均温度的误差小于2K，电流稳定状态下误差小于1.5K。

技术领域

本发明属于锂离子电池充放电领域，尤其涉及一种软包式锂离子电池耦合电气热模型；更具体地说，涉及一种适用于软包式锂离子电池的电气模型、热生成模型和热模型建立，以及电气模型参数、热性能参数和热容量参数测试。

背景技术

随着全球对环境保护的日益重视，新能源电动汽车得到了各国的大力推动，软包式锂离子电池已经成为首选动力电池。锂离子电池在充放电时，内部发生复杂的化学反应，化学反应产热和电流流经电池时因内阻产生的欧姆热以及电池的比热容和导热系数等参数共同影响着电池单体的温度分布，对锂离子电池单体进行工作原理和热特性的研究能够为电池组热管理系统的设计提供理论依据。电池的内阻在放电过程中并非定值，它随环境温度和电池自身放电深度(DOD)的变化而变化。李哲等人对动力型电池的温度特性进行了实验研究，实验表明，环境温度对电池容量影响很大，环境温度越低，容量衰减越快。与极化内阻相比，欧姆内阻随温度的变化更大。任保福通过对电池热特性进行分析发现，反应热是在电池生热分析中不可或缺，电池在充电过程中表现为吸热反应，放电过程表现为放热反应。

目前关于软包式锂离子电池热模型方面的研究，多数学者通过对理论模型进行一系列简化，进行电池生热研究。通过对Bernardi生热速率模型进行分析研究可以构建不同的生热模型，按照不同维度划分有集中质量模型、一维模型、二维模型、三维模型，按照产热原理可分为电化学-热耦合模型、电气-热耦合模型和热滥用模型等。电气-热耦合模型在电池研究中比较常见，主要是基于电池内部的电流密度分布或者RC电路阻抗模型建立的电热耦合模型。但是，前者需要得到电池内部的电流密度分布，多使用在二维或三维温度场分析，后者需要得到电池内阻及其变化曲线，可用于零维、一维、多维分析。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种软包式锂离子电池耦合电气热模型。

这种软包式锂离子电池耦合电气热模型，包括以下步骤：

步骤1、建立锂离子电池热模型：建立锂离子电池热模型等效电路，定义锂离子电池热模型参数，计算空气热阻；

步骤2、建立锂离子电池电气模型：设置结构对称且取值相同的四个纵向电阻R_e1，设置两个结构对称且取值相同的横向电阻R_e2；其中一个横向电阻R_e2两端各连接一个纵向电阻R_e1后，与另一个横向电阻R_e2并联；另一个横向电阻R_e2的两端还连接剩余两个纵向电阻R_e1的一端，剩余两个纵向电阻R_e1的另一端分别接入电池外部正负极连接点；电池输入总电流i分流成分支电流i₁和分支电流i₃，分支电流i₁继续分流成分支电流i₂和分支电流i₄；上支路生成热为Q_a，下支路生成热为Q_b；

步骤3、建立锂离子电池热生成模型，将总发热量Q_total分解为不可逆热分量Q_ir和可逆热分量Q_r，计算总发热量Q_total：