[发明专利]一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源和锂离子电池一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法。

背景技术

随着新能源汽车行业的飞速发展，整车企业对动力锂离子电池供应商提供的动力电池能量密度要求也越来越高。

2016年国家新能源汽车重大专项提出了300Wh/Kg的能量密度要求，这迫使个动力电池生产企业加强研发高容量大电池。

100Ah磷酸铁锂动力锂离子电池是高容量大电池发展的大势所趋，但大容量电池必然要求大幅提高电芯尺寸，这会严重降低电池的散热效率，不能用常规电池的产热和温度分布来衡量大电池，传统用温感线测量电池工作温度分布不仅费时费力，而且大电池因内部难以布置温感线而难以测量充放电工作过程内部温度分布。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法。

本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，包括以下步骤：

S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学-热耦合仿真，极耳位置采用电-热耦合仿真；

S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量；

S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流；

S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。

优选地，步骤S1中，电芯位置采用电化学-热耦合仿真的具体方式为：分别建立一维电化学模型和三维传热模型，将一维电化学模型热源加载到三维传热模型作为三维传热模型热源，将三维传热模型温度反馈给一维电化学模型。

优选地，步骤S4中，以I2/R作为热源计算公式进行仿真计算。

优选地，步骤S2中正、负极耳仅在电芯一边，则负极卷绕15圈，正极卷绕14圈。

优选地，步骤S3中，电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流2.38A，每个负极耳电流2.22A。

优选地，步骤S2中正、负极耳分布在电芯两边，正极耳28个，负极耳30个。

优选地，步骤S3中，放电电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流1.19A，每个负极耳电流1.11A。

优选地，步骤S3中，终端条件还包括边界对流换热系数。

优选地，初始温度298K环境中，边界对流换热系数为5W/(m2·K)。

通过明在COMSOL仿真软件平台中建立100Ah磷酸铁锂大电池三维几何模型，采用电化学-电-热全耦合方法，计算大电池在充放电工作过程中电芯和极耳温度分布，仿真效率高，大为节约实验测量时间，同时，能方便计算出不同极耳位置设计方案的大电池的温度分布。

附图说明

图1为本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法流程图；

图2为铁锂大电池xy平面二维卷绕模型示意图

图3为实施例1极耳设计方案示意图；

图4为铁锂大电池实施例1所示计方案三维几何模型示意图；

图5为实施例2极耳设计方案示意图；

图6为铁锂大电池实施例2示计方案三维几何模型示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，包括以下步骤。

S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学-热耦合仿真，极耳位置采用电-热耦合仿真。

参照图2，本步骤中，电芯三维模型在COMSOL仿真软件中建立，首先基于xy工作平面建立二维卷绕模型，再通过在z轴方向拉伸，完成电芯三维模型建立。图2所示仿真模型中，负极活性物质1和正极活性物质2以隔膜3进行隔离。

本步骤中，电芯位置采用电化学-热耦合仿真的具体方式为：分别建立一维电化学模型和三维传热模型，将一维电化学模型热源加载到三维传热模型作为三维传热模型热源，将三维传热模型温度反馈给一维电化学模型。

S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量。

S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流。具体的，终端条件还包括边界对流换热系数。本实施方式中，初始温度298K环境中，边界对流换热系数为5W/(m2·K)。

S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。本步骤中，以I2/R作为热源计算公式进行仿真计算。

本发明适用于100Ah磷酸铁锂电池电芯内部和极耳的温度仿真计算。