[发明专利]确定电池热扩散阻断用材料厚度及导热系数边界值的方法

说明书

本发明实施例提出一种确定电池热扩散阻断用材料厚度和导热系数边界值的方法，通过试验获取电池单体的材料属性参数、电池单体绝热热失控温度‑时间变化试验数据和模组热扩散过程中两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的的温度数据，将电池模组三维几何模型导入Ansys软件，并进行前处理和相关设置，通过自动化批量仿真计算获得能够阻断热扩散的隔热板材料的厚度和导热系数边界值。本发明实施例可快速确定能够阻断热扩散的隔热材料厚度和导热系数边界值，明确最优隔热材料的选型方向，节省大量的时间和成本，且更加安全环保，能够推动动力电池安全应用技术水平的提升，并具备高度工程化应用的条件。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种确定电池热扩散阻断用材料厚度和导热系数边界值的方法。

背景技术

伴随新能源汽车保有量的快速增加和新体系高比能锂离子电池的推广应用，锂离子动力电池包起火甚至爆炸事故时有发生，越发引起广大消费者的关注和担忧。锂离子动力电池的安全性问题最终可归结于电池单体热失控以及电池系统热扩散。无论政府机构，还是各大电池厂和整车厂均已经意识到有效防控锂离子电池热失控及热扩散的重要性。

目前，在电池包中不同单体间布置一定厚度的隔热材料，这种方案已经成为各大电池厂和整车厂广泛采用的一种延缓或阻断电池热扩散的方法。为了确定能有效阻断热扩散且成本合理的隔热材料，各企业在电池系统的设计开发过程中，往往需要选取多种隔热材料对电池系统进行相应的热扩散试验。由于需要针对任一种材料在不同厚度下的方案分别进行验证，试验次数通常达到几十次甚至上百次之多，这无疑需要投入大量的时间和成本。

此外，基于上述反复试验的方法，仅可获知某种或某几种材料可以阻断热扩散，无法明确能够阻断热扩散时，隔热材料的某一属性参数的边界值。而隔热材料主要涉及厚度以及密度、比热和导热系数三种材料属性参数，其中厚度和导热系数的改变对于隔热效果起到更为关键的作用，因此，快速确定能够阻断热扩散的隔热材料厚度和导热系数的边界值，将有利于后续对隔热材料的进一步的寻优选型。

发明内容

本发明实施例的目的在于避免通过传统反复试验的方式，对电池热扩散阻断用材料进行选型的过程中，存在的需要耗费大量时间和金钱成本，不利于对隔热材料的寻优选型等方面的不足，而提供的一种快速确定动力电池热扩散阻断用隔热材料厚度和导热系数边界值的分析方法。

本发明实施例提出一种快速确定电池热扩散阻断用隔热材料厚度和导热系数边界值的方法，所述方法包括：

步骤S100，通过试验获取电池单体的材料属性参数、电池单体绝热热失控温度-时间变化试验数据和两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的的温度数据；

步骤S200，针对所述电池模组搭建三维几何模型，将所述三维几何模型导入AnsysFluent Meshing中，根据所述三维几何模型设置网格参数，划分面网络，继而生成体网络；

步骤S300，切换至Ansys Fluent求解模式，进行物理模型设置，将所述电池单体绝热热失控温度-时间变化试验数据拟合，得到电池单体热失控反应动力学方程相关参数，并赋予各电池单体热失控模型；对体网格不同区域设置对应的材料属性参数；对加热板设置产热功率及产热时间；对与环境直接接触的表面设置环境边界条件；

步骤S400，运行仿真计算，监视两两电池单体之间与隔热板接触面中心位置的温度值，并将所述温度值与所述试验获取的电池模组不同位置的温度数据对比，验证仿真模型的有效性和准确性；

步骤S500，基于通过验证的仿真模型，在Ansys Fluent中将隔热材料的导热系数设置为Input Parameter，对每块单体表征热失控反应过程的参数α均设置为OutputParameter；