[发明专利]提高电化学-热耦合模型温度适用性和准确性建模方法

说明书

本发明公开了一种提高电化学‑热耦合模型温度适用性和准确性建模方法，试验测定熵热系数，电池的熵热系数与电池的产热密切相关，根据所测定的熵热系数和电化学建模控制方程建立锂离子电池电化学模型，将锂离子电池电化学模型结合锂离子电池的热特性方程，建立了锂离子电池电化学‑热耦合模型；建立电极固相扩散系数及参考反应速率随温度的修正函数S(T)及H(T)；将修正函数带入所构造的锂离子电池电化学‑热耦合模型中；通过在电化学‑热耦合模型中加入试验测定的熵热系数，提高了电化学‑热耦合模型随电池温度变化的精度。通过对固相扩散系数和参考反应速率常数这两个参数进行温度修正因子调节，使得所建电化学‑热模型可用于不同温度及工况下电池电化学‑热特性研究，提高了模型的温度适应性。

技术领域

本发明属于电动汽车领域，尤其涉及一种提高电化学-热耦合模型温度适用性和准确性建模方法。

背景技术

电动汽车使用性能要求作为动力源的动力电池需具有高比能量和比功率等特点。在对动力电池高比能量极度追求的过程中，常出现电动汽车动力电池起火甚至爆炸等报道，这些起火爆炸因素大多是由于在使用过程中的热失控引起。因此，电池的安全问题成为制约电动汽车发展的主要原因之一。电池在使用过程中由于使用条件或外部环境的变化，会引起电池内部积聚的热量快速增加，从而影响电池安全性能。如在内部短路、碰撞或者高温条件下，散热不及时，会引起电池内部温度的积累，当达到一定温度时，会发生一系列副反应，使温度急剧升高，造成使用过程中的安全隐患。当电池的温度比较高时，不仅会引起安全隐患，同时也会降低电池性能和使用寿命。电化学及热特性是指导动力电池设计、电池热管理开发和电池安全管理的重要依据。因此通过研究动力电池的电化学-热特性，来指导电池热管理系统的设计，从而可以有效管理电池温度，进而消除电池在使用过程中的部分安全隐患，以提高电池的安全性能。

在电池充放电过程中，电池内部会发生一系列复杂的化学反应，这些化学反应常伴随着热量的变化，从而导致电池温度的改变。当电池的温度改变时，又反过来会影响电池化学反应速率和某些性能参数，从而最终对电池的电化学特性产生影响。因此，电池的电化学模型和热模型是一个双向耦合的过程，根据此关系将电化学模型产生的热量作为热模型的热源，然后将热模型的平均温度作为电化学模型中的电池温度，进而建立了电化学-热耦合模型。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种提高电化学-热耦合模型温度适用性和准确性建模方法，目的在于提高了电化学-热耦合模型的温度适应性和准确性。

本发明所采用的技术方案为：

一种提高电化学-热耦合模型温度适用性和准确性建模方法，包括以下步骤：

步骤1，试验测定熵热系数，电池的熵热系数与电池的产热密切相关；

步骤2，根据所测定的熵热系数和电化学建模控制方程建立锂离子电池电化学模型；

步骤3，将锂离子电池电化学模型结合锂离子电池的热特性方程，建立了锂离子电池电化学-热耦合模型；

步骤4，建立电极固相扩散系数及参考反应速率随温度的修正函数S(T)及H(T)；

步骤5，将修正函数带入所构造的锂离子电池电化学-热耦合模型中，使得所构造的锂离子电池电化学-热耦合模型能够适应不同温度情况。

进一步，试验测定熵热系数的方法为：调整锂离子电池所处的环境温度和荷电状态，获得锂离子电池在不同状态下开路电压，分析电池开路电压和温度间关系从而获得电池在不同荷电状态下的熵热系数；在建模中通过使用试验测定的熵热系数可提高电化学-热耦合模型的精确性。