基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法与流程

本发明属于仿真分析，具体涉及一种基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法。

背景技术：

1、锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命等特点，已广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。然而，随着电池能量密度的不断提升，动力电池的安全性问题日益凸显，尤其是热失控事故的频发，严重制约了电动汽车的规模化发展。因此，深入开展电池热蔓延模型研究，对保障电动汽车安全运行、推动其大规模应用具有重要意义。

2、目前，针对锂离子电池的热蔓延模型多采用有限元软件进行仿真分析，但是这种方法存在前处理过程繁琐、计算时间长等问题，不利于热蔓延相关特性的快速评估。采用集总参数方法进行热蔓延计算，虽然能够实现简化分析，但采用集总参数方法对大容量大尺寸电池进行分析，存在误差大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，以解决有限元仿真分析时间长、集总参数方法分析结果误差大的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，建立由加热单元与多个电池依次叠加所组成的电池模组仿真模型，对电池沿厚度方向切分成多个分块，将每个分块作为一个集总热阻模型，使各集总热阻模型满足毕渥数bi﹤0.1，构建由集总热阻模型的热阻网络所组成的电池热阻网络模型；

4、通过加热单元对电池进行加热，直至电池发生热失控，对电池热阻网络模型进行分析，获取各个电池的中心温度曲线。

5、在一些实施例中，沿电池厚度方向将电池切分成k个分块，，δ为电池厚度，h是对流传热系数，λ为导热系数。

6、在一些实施例中，在各集总热阻模型中，设x向为电池厚度方向，y向为电池宽度方向，z向为电池高度方向，构建集总热阻模型的热阻网络，包括：

7、rx表示在x方向的热阻，ry表示在y方向的热阻，rz表示在z方向的热阻，rh为对流热阻，tc为分块中心点温度，tc_f为分块前部温度，tc_b为分块后部温度，t_amb为环境温度，集总热阻模型的热阻计算公式为：

8、rx=δx/2/cond_x/ax；其中，δx为分块在x方向的长度，cond_x为分块在x方向的导热系数，ax为分块在x方向的面积；

9、ry=δy/2/cond_y/ay；其中，δy为分块在y方向的长度，cond_y为分块在y方向的导热系数，ay为分块在y方向的面积；

10、rz=δz/2/cond_z/az；其中，δz为分块在z方向的长度，cond_z为分块在z方向的导热系数，az为分块在z方向的面积；

11、分块在y方向的对流热阻rhy=1/h/ay，在z方向的对流热阻rhy=1/h/ay，h为对流传热系数；

12、分块的热容c=cp×m，m为分块质量，cp为电池比热容。

13、在一些实施例中，所述电池热阻网络模型两端为节点终端，节点终端对应热流为0的边界条件，依次连接加热单元的热阻网络与各分块的热阻网络组成所述电池热阻网络模型。

14、在一些实施例中，对电池热阻网络模型进行分析，其中：

15、电池的热流q_bat=cp×m_bat×(dt/dt)，dt/dt为电池温升速率，m_bat为电池质量；

16、各分块的热流为q_bat/k，且q_bati_1=q_bati_2=……=q_bati_k-1=q_bati_k=q_bat/k，q_bati_k表示第i个电池的第k个分块的热流；

17、当k为奇数时，获取tc_bati_(k+1)/2作为第i个电池的中心温度，其中tc_bati_(k+1)/2表示第i个电池的第(k+1)/2个分块的中心点温度；

18、当k为偶数时，获取tc_bati_k/2_b作为第i个电池的中心温度，其中tc_bati_k/2_b表示第i个电池的第k/2个分块的后部温度。

19、在一些实施例中，根据电池中心温度随时间变化的关系得到电池的中心温度曲线，根据各个电池的中心温度曲线获取各个电池的热失控时间、最高温度，所述热失控时间为电池温升速率达到预设值时所对应的时间。

20、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

21、本发明采用对电池进行分块的方法，使各个分块对应的集总热阻模型能够满足对毕渥数的要求，并基于集总热阻模型建立电池热阻网络模型，在电池热阻网络模型中通过均布电池热流，分块触发电池热失控，保证了热蔓延仿真分析的精度，相比于有限元仿真分析方法分析过程简单，运算量小，能够实现对大容量锂离子电池模组热蔓延仿真的快速分析。

1.基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，建立由加热单元与多个电池依次叠加所组成的电池模组仿真模型，对电池沿厚度方向切分成多个分块，将每个分块作为一个集总热阻模型，使各集总热阻模型满足毕渥数bi﹤0.1，构建由集总热阻模型的热阻网络所组成的电池热阻网络模型；

2.根据权利要求1所述的基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，沿电池厚度方向将电池切分成k个分块，，δ为电池厚度，h是对流传热系数，λ为导热系数。

3.根据权利要求1所述的基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，在各集总热阻模型中，设x向为电池厚度方向，y向为电池宽度方向，z向为电池高度方向，构建集总热阻模型的热阻网络，包括：

4.根据权利要求3所述的基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，所述电池热阻网络模型两端为节点终端，节点终端对应热流为0的边界条件，依次连接加热单元的热阻网络与各分块的热阻网络组成所述电池热阻网络模型。

5.根据权利要求4所述的基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，对电池热阻网络模型进行分析，其中：

6.根据权利要求5所述的基于集总热阻模型的大容量电池模组热蔓延仿真分析方法，其特征在于，根据电池中心温度随时间变化的关系得到电池的中心温度曲线，根据各个电池的中心温度曲线获取各个电池的热失控时间、最高温度，所述热失控时间为电池温升速率达到预设值时所对应的时间。