[发明专利]一种锂离子电池系统热仿真方法

说明书

一种锂离子电池系统热仿真方法，利用电化学模型计算单体电池不可逆化学反应生热，利用混合脉冲功率法测量单体电池在不同电池荷电态下的直流内阻，利用欧姆定律模型根据单体电池的直流内阻计算单体电池产生的焦耳热，将单体电池的不可逆化学反应热和焦耳热作为热源边界条件，耦合到锂离子电池系统温度场中，利用传导传热模型、辐射传热模型和对流传热模型叠加计算锂离子电池系统温度场，将得到的锂离子电池系统温度作为单体电池的温度边界条件，进行热仿真求解。本发明采用了多模型耦合，提高了仿真结果的精度，能够快速、准确对锂离子电池系统进行热仿真分析，仿真结果既可以指导电池系统热设计和热管理，又可以判断单体电池状态系统一致性问题。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池系统热仿真方法，具体涉及一种多物理模型耦合的锂离子电池系统热仿真方法。

背景技术

锂离子电池系统热仿真由于涉及到成百上千只单体电池以及结构件，一般的仿真方式是将每只单体电池等效成一个热源，通过实际测得的单体电池热参数作为输入计算整个系统的温度分布，但是单体电池在不同温度下的热参数不一致，将单体电池等效成简单热源与实际不符合，仿真得到的结果与实际存在较大的偏差，而且无法判别单体电池是否满足电池系统应用场景。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池系统热仿真方法，采用了多模型耦合，可以得到不同时刻单体电池和电池系统的参数，提高了仿真结果的精度，能够快速、准确对锂离子电池系统进行热仿真分析，仿真结果既可以指导电池系统热设计和热管理，又可以判断单体电池状态系统一致性问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种锂离子电池系统热仿真方法，利用电化学模型计算单体电池不可逆化学反应生热，利用混合脉冲功率法测量单体电池在不同电池荷电态下的直流内阻，利用欧姆定律模型根据单体电池的直流内阻计算单体电池产生的焦耳热，将单体电池的不可逆化学反应热和焦耳热作为热源边界条件，耦合到锂离子电池系统温度场中，利用传导传热模型、辐射传热模型和对流传热模型叠加计算锂离子电池系统温度场，将得到的锂离子电池系统温度场作为单体电池的温度边界条件，进行热仿真求解。

所述的电化学模型采用Newman电池模型根据电化学原理计算单体电池不可逆化学反应生热。

所述的电化学模型包含负极集流体、负极活性材料、隔膜、正极活性材料、正极集流体，排列顺序为“负极集流体、负极活性材料、隔膜、正极活性材料、正极集流体、正极活性材料、隔膜、负极活性材料、负极集流体”，以此为循环依次排列，第一层和最后一层都为负极集流体。

所述的传导传热模型采用热传导方程计算单体电池与单体电池之间、单体电池与结构件之间、结构件与结构件之间的热交换。

所述的辐射传热模型采用基尔霍夫辐射定律计算结构件和单体电池空气之间的热交换。

所述的流传热模型采用对流换热公式计算电池系统内部不同位置的空气之间的热交换。

将单体电池的热源和锂离子电池系统的温度场进行耦合和将锂离子电池系统温度场作为单体电池的温度边界条件时，不进行雅可比矩阵的修订。

在对锂离子电池系统进行热仿真过程中，设置仿真停止条件，所述的仿真停止条件包含：温度最大值，温差值，电压最高值，电压最低值，时间，循环次数。

在对锂离子电池系统进行热仿真过程中，所有表格输入和曲线输入的边界条件，都采用三次样条的方式进行插值，边界延伸采用端点斜率进行直线延伸，保证输入的连续。

所述的物理模型输入不限定维度，正极活性材料和负极活性材料均采用多孔电极模型方程进行计算，还辅以双电层理论，根据胡克扩散定律计算锂离子的迁移量。

本发明采用了多模型耦合，可以得到不同时刻单体电池和电池系统的参数，提高了仿真结果的精度，能够快速、准确对锂离子电池系统进行热仿真分析，仿真结果既可以指导电池系统热设计和热管理，又可以判断单体电池状态系统一致性问题。