一种电池模组热蔓延仿真方法、装置、电子设备及介质与流程

本技术涉及电池热管理，具体涉及一种电池模组热蔓延仿真方法、装置、电子设备及介质。

背景技术：

1、电池作为新能源汽车、储能系统的核心动力源，其热安全性能直接决定系统整体可靠性。在高温、电滥用或机械滥用条件下，电池单体易发生热失控，进而通过热量传递引发模组内多电芯连锁失控的热蔓延现象，严重威胁系统安全。因此，精准预测电池模组热蔓延过程，对隔热结构设计、热管理优化及安全防护方案制定具有至关重要的工程价值。

2、热失控蔓延模型是电池系统热安全设计的重要工具，热失控被诱发后，局部单体热失控后释放的热量向周围传播，将可能加热周围电池并造成周围电池的热失控。热失控蔓延模型是基于单体电芯热失控模型，增加对电芯间能量传递过程的描述，以准确预测热失控的发生及蔓延两个过程的模型。热蔓延实验探究热安全成本高，需要仿真建立模型分析热安全边界辅助减少测试量、降低试错成本，而现有热蔓延模型多基于电芯内部复杂的化学反应动力学，需要输入大量难以精确获取的参数，建模过程复杂，计算量大，且准确性难以保证。此外，传统的“设计-制造-测试”循环成本高、周期长，且热蔓延实验本身具有危险性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种电池模组热蔓延仿真方法、装置、电子设备及介质，以解决现有技术中现有电池模组热蔓延仿真方法存在计算量大、参数获取难、仿真结果与实测偏差大，难以兼顾简化建模与高精度预测的问题。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种电池模组热蔓延仿真方法，包括：

3、获取电芯热源数据和外部热源数据，所述电芯热源数据为电池单体发生热失控时的数据，所述外部热源数据为加热装置在实际进行热失控测试中的数据；

4、调用预构建的电池模组的固体传热几何模型并配置边界条件及导热系数，所述固体传热几何模型遵循电芯能量守恒方程；

5、将所述电芯热源输入和所述外部热源输入加载至所述固体传热几何模型，对电池单体热失控后的热蔓延过程进行仿真，获取仿真热蔓延数据；

6、获取电池模组热蔓延实测数据，根据实测数据与仿真热蔓延数据的偏差，修正所述固体传热几何模型的导热系数；

7、基于修正导热系数后的固体传热几何模型仿真电池单体热失控后的热量传递过程，以预测电池模组的热蔓延状态。

8、在一种可选的实施方式中，获取所述电芯热源数据的过程，包括：

9、通过arc绝热测试获取电池单体绝热热失控的实测时间-温度曲线；

10、基于所述实测时间-温度曲线中自产热起始温度至实测最高温度阶段的数据，生成温度-产热功率曲线；

11、基于电池单体尺寸预构建三维arc自产热仿真模型，加入事件模块控制与 arc 绝热测试相同的自产热发生和结束时间，将所述温度-产热功率曲线作为电芯热源数据进行仿真，得到仿真时间 - 温度曲线；

12、若仿真时间-温度曲线与实测时间-温度曲线的偏差超过预设阈值，则调整温度-产热功率曲线的系数，重复仿真步骤，直至仿真时间-温度曲线与实测时间-温度曲线一致，此时的温度-产热功率曲线作为校准后的电芯热源数据。

13、在一种可选的实施方式中，获取所述外部热源数据的过程，包括：

14、获取加热装置在实际测试中的温升数据，所述温升数据呈现温升先增大后持平的变化规律；

15、在加热装置功率为定值时，若仿真得到的温升数据的变化规律与实际测试的温升数据的变化规律不符，采用反向拟合得到加热装置的电阻随温度变化的曲线；

16、根据实测加热装置中心位置的温升数据，推导出电阻随温度变化曲线，并将所述电阻随温度变化曲线与实际热蔓延测试中加热装置中心位置的温度数据进行对标验证后，得到所述外部热源数据。

17、在一种可选的实施方式中，所述固体传热几何模型为反映所述电池模组在高度方向截面结构的二维模型，包括：电芯区域、加热装置区域、隔热区域、空气区域及冷却装置区域；

18、所述边界条件包括：外围电芯与环境的对流换热系数及表面发射率、冷却边界的对流换热系数和各组件间的等效热阻；

19、所述导热系数包括：电芯正常状态下的导热系数、空气区域在正常状态下的等效导热系数。

20、在一种可选的实施方式中，所述固体传热几何模型设置有物理场，用于实时监测电池模组中各电池单体的模拟温度，并当监测到电池单体的模拟温度达到预设热失控触发阈值时，控制电芯发生热失控以及在发生热失控能量消耗完全时调整对应热失控电池单体的各热参数。

21、在一种可选的实施方式中，所述根据所述实测数据与所述仿真热蔓延数据的偏差，修正所述固体传热几何模型的导热系数，包括：

22、提取仿真热蔓延数据中的关键指标，所述关键指标包括：靶电芯热失控触发时间、相邻电芯热失控触发间隔、各电芯最高温度及热蔓延总时长；

23、提取电池模组热蔓延实测数据中对应的关键指标，计算仿真热蔓延数据中的关键指标与实测数据中对应的关键指标的偏差值；

24、针对偏差值超过预设允许范围的指标，修正对应的导热系数参数到与热失控后状态匹配的预设数值：若热蔓延触发时间偏差较大，修正空气区域的等效导热系数；若电芯最高温度偏差较大，修正电芯自身的导热系数或空气区域的等效导热系数；

25、修正完成后重新运行仿真，再次计算仿真指标与实测指标的偏差值，重复修正与仿真步骤，直至所有关键指标的偏差值均小于等于对应的允许范围。

26、在一种可选的实施方式中，所述预设热失控触发阈值为电池单体的热失控触发温度；所述与热失控后状态匹配的预设数值为基于电池单体热失控后的膨胀压缩特性及实测热蔓延数据确定。

27、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种电池模组热蔓延仿真装置，包括：

28、热源输入获取模块，用于获取电芯热源数据和外部热源数据，所述电芯热源数据为电池单体发生热失控时的数据，所述外部热源数据为加热装置在实际进行热失控测试中的数据；

29、传热几何模型构建模块，用于调用预构建的电池模组的固体传热几何模型并配置边界条件及导热系数，所述固体传热几何模型遵循电芯能量守恒方程；

30、仿真热蔓延数据获取模块，用于将所述电芯热源输入和所述外部热源输入加载至所述固体传热几何模型，对电池单体热失控后的热蔓延过程进行仿真，获取仿真热蔓延数据；

31、导热系数修正模块，用于获取电池模组热蔓延实测数据，根据实测数据与仿真热蔓延数据的偏差，修正所述固体传热几何模型的导热系数；

32、热蔓延状态预测模块，用于基于修正导热系数后的固体传热几何模型仿真电池单体热失控后的热量传递过程，以预测电池模组的热蔓延状态。

33、根据本技术实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面中所述方法的步骤。根据本技术实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面中所述方法的步骤。

34、本发明提供的电池模组热蔓延仿真方法，通过基于实测数据实现电芯热源与外部热源的精准输入；依托遵循电芯能量守恒方程的固体传热几何模型，结合实测热蔓延数据与仿真数据的偏差反向修正导热系数形成闭环优化流程，在输入参数少、简化模型维度、降低计算量的同时，保障了仿真结果与实际热蔓延过程的高度吻合；该方法无需依赖复杂微观反应模型或专用仿真模块，流程清晰、工程应用门槛低，可精准预测热蔓延关键状态，可用于评估电池模组内部隔热材料、冷却系统、电芯布局等设计对热蔓延的抑制效果，从而提高电池系统的整体安全性。