[发明专利]一种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法

权利要求书

1.一种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、冷却系统内，冷却剂供应池(2)的液体冷却剂根据电池组(1)的热量，蒸发成蒸汽或冷却成液体；冷凝壁(4)将蒸汽冷凝为液体，并回收至冷却剂供应池(2)；

步骤2、建立一维电化学模型，一维电化学模型包括液相多孔电极、固相多孔电极、固体基质和边界条件；通过一维电化学模型，计算液相多孔电极上的锂离子浓度随时间变化量、表观电流密度、电势、边界条件和电位；计算固相多孔电极上的表观电流密度、电势、边界条件和电位；计算固体基质上的电子电导率、锂离子浓度和锂离子的扩散系数；具体的，

步骤2-1、一维电化学模型中液相多孔电极的锂离子浓度随时间变化公式为：

上式中，b_s为液相多孔电极中锂离子的浓度；t为时间；ε为体积分数；为梯度算子；D_s为盐扩散系数；a为界面面积；j_n为锂离子孔壁通量；表示正极时间零点；i₂为表观电流密度；下标+和下标-分别表示正极和负极；F为法拉第常数，取值为96487C/mol；

步骤2-2、计算液相多孔电极的表观电流密度i₂和固相多孔电极表观电流密度i₁；公式(1)中的aj_n与液相多孔电极的表观电流密度i₂的关系式为：

上式中，k为电解质离子电导率，φ₂为液相多孔电极电势，R为通用气体常数，T为温度值，F为法拉第常数，f为活度系数，f_±表示正负极活度系数；

计算固相多孔电极的表观电流密度i₁：

上式中，φ₁为固相多孔电极电势，σ为固体基质的电子电导率；

步骤2-3、计算电极固体基质中的锂离子浓度：

上式中，b_Li为锂离子在电极固体基质中的浓度；t为时间；D_Li为锂离子通过电极固体基质的扩散系数；r为锂离子半径；

步骤2-4、建立正极和负极的边界条件，计算转换电流密度i₀；

基于Butler-Volmer动力学表达式的电极正极和负极关联公式为：

上式中，j_n为锂离子孔壁通量；H是不同材料的转换系数；b_s为液相多孔电极中锂离子的浓度；b_i为第i层中的盐浓度；b_Li为锂离子在电极固体基质中的浓度；η为电极电位；V_oc为开路电压；

计算锂离子浓度转换电流密度i₀：

i₀＝FH(b_s)^0.5(b_i-b_Li)^0.5(b_Li)^0.5 (7)

步骤2-5、建立固相多孔电极和液相多孔电极的边界条件：

上式中，固相多孔电极和液相多孔电极的电位计算公式为：

η＝φ₁-φ₂ (9)

上式中，φ₁和φ₂分别表示固相多孔电极和液相多孔电极的电势；

步骤3、建立三维热传导模型，根据能量速率平衡方程来计算锂离子电池体积生热率、径向导热系数、轴向导热系数和比热容；

步骤4：建立质量流量模型来描述基于液-汽冷却剂的闭环式循环冷却系统的热性能，质量流量模型包括式(16)表示的冷却剂的质量流量方程、式(17)表示的动量传递方程和式(18)表示的能量流量方程；

上式中，为流速，P为压强，g为重力常数，ρ为制冷剂密度，c_p为比热容，T为温度，k为导热系数；

步骤5、设置模型参数和运行参数，对基于液-汽冷却系统的锂离子电池组进行热性能分析：设定锂离子电池的导热系数、选用的冷却剂类型、选用的制冷剂类型；验证单体电池间距和液体冷却池和蒸汽冷却池(3)的高度对电池组最高温度的影响。