抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，包括：對于一第一動力電池單體進行在絕熱環(huán)境中的加熱熱失控實驗；對于所述加熱熱失控實驗結(jié)果建立一第一數(shù)學(xué)模型；對于一第二動力電池單體進行某種熱失控觸發(fā)實驗；對于所述熱失控觸發(fā)實驗的實驗結(jié)果建立一第二數(shù)學(xué)模型；根據(jù)所述第一數(shù)學(xué)模型以及第二數(shù)學(xué)模型，建立熱失控擴展的第三數(shù)學(xué)模型；進行熱失控擴展實驗，利用熱失控擴展的實驗結(jié)果驗證第三數(shù)學(xué)模型；減小第三數(shù)學(xué)模型中次節(jié)擴展電池的電量，通過仿真計算，獲得能夠抑制熱失控擴展的次節(jié)擴展電池的放電量；對于所述每個次節(jié)擴展電池的放電量進行實驗驗證，獲得抑制所述動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案。
【專利說明】抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，涉及一種抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源危機與環(huán)境污染的雙重壓力下，汽車動力系統(tǒng)電動化成為了汽車發(fā)展的重要標(biāo)志之一。當(dāng)前，新能源車動力電池系統(tǒng)多采用具有較高能量密度的動力電池，如鋰離子動力電池。然而，偶發(fā)的安全事故使得鋰離子動力電池系統(tǒng)受到質(zhì)疑。
[0003]動力電池系統(tǒng)事故一般是由動力電池發(fā)生熱失控造成的。動力電池?zé)崾Э厥侵赣捎趧恿﹄姵貎?nèi)部材料在一定溫度下，將化學(xué)能瞬間轉(zhuǎn)化為熱能的過程。動力電池系統(tǒng)通常包含多節(jié)串并聯(lián)連接的單體動力電池，部分電池單體發(fā)生熱失控之后，劇烈釋放出的熱能將會波及周圍的電池，導(dǎo)致周圍電池繼續(xù)因受到高溫加熱而發(fā)生熱失控。這種周圍電池受到已有熱失控影響繼而發(fā)生熱失控的過程，稱為熱失控的擴展過程。熱失控的擴展是非常危險的，這意味著動力電池系統(tǒng)局部發(fā)生熱失控后，整個系統(tǒng)都將因為熱失控的擴展而發(fā)生熱失控。防止動力電池系統(tǒng)內(nèi)的熱失控擴展的發(fā)生，將熱失控限制在局部，將能夠大大提高動力電池系統(tǒng)的安全性能，保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。
[0004]然而，目前的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，只是通過試錯的方法，進行大量的實驗以確定設(shè)計參數(shù)，該方法耗時耗力，而且精確度不高。如果可以設(shè)計出一種效率且精度均較高的抑制動力電池模塊熱失控擴展的方案，將有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種效率且精度均較高的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案。
[0006]本發(fā)明提供一種抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其包括以下步驟:
S1:在絕熱環(huán)境下對一第一動力電池單體進行加熱熱失控實驗，并記錄所述第一動力電池單體在不同時刻的溫度T (t)；
52:建立所述第一動力電池單體在加熱熱失控實驗過程中的一第一數(shù)學(xué)模型T (O1，利用T (t)標(biāo)定該第一數(shù)學(xué)模型T (t) ρ所述第一數(shù)學(xué)模型T (t) x為所述第一動力電池單體在加熱熱失控條件下在某一時刻t的溫度；
53:提供一第二動力電池單體，該第二動力電池單體與所述第一動力電池單體相同，對所述第二動力電池單體進行熱失控觸發(fā)實驗，并記錄該第二動力電池單體在不同時刻的溫度T，⑴；
S4:建立所述第二動力電池單體在熱失控觸發(fā)實驗過程中的一第二數(shù)學(xué)模型T (t)n，并利用T’ (t)標(biāo)定所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π，所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π為所述第二動力電池單體在熱失控觸發(fā)實驗過程中在某一時刻t的溫度；
S5:對一第一動力電池模塊進行加熱熱失控擴展實驗，該第一動力電池模塊包括至少兩節(jié)電池單體，該電池單體與所述第一動力電池單體以及第二動力電池單體相同，且該第一動力電池模塊中的熱失控觸發(fā)形式與所述第二動力電池單體的熱失控觸發(fā)形式相同，記錄所述第一動力電池模塊不同時刻的溫度T’’ (t)；
S6:通過所述第一數(shù)學(xué)模型T (t) x以及所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π獲得所述動力電池模塊在加熱熱失控擴展實驗過程中的一第三數(shù)學(xué)模型T (t)m，利用T ’’(t)標(biāo)定該第三數(shù)學(xué)模型T (t) ΙΠ，所述第三數(shù)學(xué)模型T (t) ΠΙ為所述第一動力電池模塊在加熱熱失控擴展實驗過程中在某一時刻t的溫度；
S7:將所述第一動力電池模塊中發(fā)生熱失控觸發(fā)的電池單體定義為首節(jié)觸發(fā)電池，將首節(jié)觸發(fā)電池之外的電池單體定義為次節(jié)擴展電池，減小第三數(shù)學(xué)模型T(t)ni中每個次節(jié)擴展電池的電量，并通過第三數(shù)學(xué)模型T(t)ni進行仿真計算，獲得能夠抑制所述第一動力電池模塊熱失控擴展的每個次節(jié)擴展電池的放電量；
S8:選取一第二動力電池模塊，該第二動力電池模塊與所述第一動力模塊相同，減小所述第二動力電池模塊中次節(jié)擴展電池的電量后，對所述第二動力電池模塊進行熱失控擴展實驗，該第二動力電池模塊中的熱失控觸發(fā)形式與所述第一動力電池模塊的熱失控觸發(fā)形式相同，利用所述第二動力電池模塊熱失控擴展實驗的實驗結(jié)果對所述每個次節(jié)擴展電池的放電量進行實驗驗證，確定能夠抑制熱失控擴展的每個次節(jié)擴展電池的放電量的設(shè)計參數(shù)，獲得抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案。
[0007]本發(fā)明提供的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，通過建立動力電池模塊熱失控擴展過程的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型進行仿真計算獲得所述每個次節(jié)擴展電池的放電量的參數(shù)，并對所述放電量的參數(shù)進行實驗驗證，通過在首節(jié)觸發(fā)電池單體發(fā)生熱失控觸發(fā)之后，按照所述放電量的參數(shù)對所述次節(jié)擴展電池單體進行快速放電，達到抑制熱失控的擴展的目的。該設(shè)計方案能夠大大地縮短實驗時間，提高效率，并有效節(jié)約研發(fā)成本。另外，該設(shè)計方案通過實驗驗證精確度較高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明實施例中第一數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實施例中第二數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比圖。
[0010]圖3為本發(fā)明實施例中提供的動力電池模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4為本發(fā)明實施例中通過第三數(shù)學(xué)模型得到的電池單體的計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比圖。
[0012]圖5為本發(fā)明實施例中通過第三數(shù)學(xué)模型得到的電池極柱的計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比圖。
[0013]圖6為本發(fā)明實施例中減小次節(jié)擴展電池的電量后熱失控擴展的仿真計算結(jié)果。
[0014]圖7為本發(fā)明實施例中第2至第6節(jié)電池單體的荷電狀態(tài)為75%時的實驗結(jié)果。
[0015]圖8為本發(fā)明實施例中第2至第6節(jié)電池單體的荷電狀態(tài)為50%時的實驗結(jié)果。
[0016]圖9為本發(fā)明實施例提供的通過放電抑制熱失控擴展的電池模塊設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]主要元件符號說明 _
三元鋰離子動力電池 100
電池單體_10
正極柱Ill
【權(quán)利要求】
1.一種抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其包括以下步驟: S1:在絕熱環(huán)境下對一第一動力電池單體進行加熱熱失控實驗，并記錄所述第一動力電池單體在不同時刻的溫度T (t)； 52:建立所述第一動力電池單體在加熱熱失控實驗過程中的一第一數(shù)學(xué)模型T (O1，利用T (t)標(biāo)定該第一數(shù)學(xué)模型T (t) ρ所述第一數(shù)學(xué)模型T (t) x為所述第一動力電池單體在加熱熱失控條件下在某一時刻t的溫度； 53:提供一第二動力電池單體，該第二動力電池單體與所述第一動力電池單體相同，對所述第二動力電池單體進行熱失控觸發(fā)實驗，并記錄該第二動力電池單體在不同時刻的溫度T，⑴； S4:建立所述第二動力電池單體在熱 失控觸發(fā)實驗過程中的一第二數(shù)學(xué)模型T (t)n，并利用T’ (t)標(biāo)定所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π，所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π為所述第二動力電池單體在熱失控觸發(fā)實驗過程中在某一時刻t的溫度； 55:對一第一動力電池模塊進行加熱熱失控擴展實驗，該第一動力電池模塊包括至少兩節(jié)電池單體，該電池單體與所述第一動力電池單體以及第二動力電池單體相同，且該第一動力電池模塊中的熱失控觸發(fā)形式與所述第二動力電池單體的熱失控觸發(fā)形式相同，記錄所述第一動力電池模塊不同時刻的溫度T’’ (t)； 56:通過所述第一數(shù)學(xué)模型T (t) x以及所述第二數(shù)學(xué)模型T (t) π獲得所述動力電池模塊在加熱熱失控擴展實驗過程中的一第三數(shù)學(xué)模型T (t)m，利用T ’’(t)標(biāo)定該第三數(shù)學(xué)模型T (t) ΙΠ，所述第三數(shù)學(xué)模型T (t) ΠΙ為所述第一動力電池模塊在加熱熱失控擴展實驗過程中在某一時刻t的溫度； S7:將所述第一動力電池模塊中發(fā)生熱失控觸發(fā)的電池單體定義為首節(jié)觸發(fā)電池，將首節(jié)觸發(fā)電池之外的電池單體定義為次節(jié)擴展電池，減小第三數(shù)學(xué)模型T(t)ni中每個次節(jié)擴展電池的電量，并通過第三數(shù)學(xué)模型T(t)ni進行仿真計算，獲得能夠抑制所述第一動力電池模塊熱失控擴展的每個次節(jié)擴展電池的放電量； S8:選取一第二動力電池模塊，該第二動力電池模塊與所述第一動力模塊相同，減小所述第二動力電池模塊中次節(jié)擴展電池的電量后，對所述第二動力電池模塊進行熱失控擴展實驗，該第二動力電池模塊中的熱失控觸發(fā)形式與所述第一動力電池模塊的熱失控觸發(fā)形式相同，利用所述第二動力電池模塊熱失控擴展實驗的實驗結(jié)果對所述每個次節(jié)擴展電池的放電量進行實驗驗證，確定能夠抑制熱失控擴展的每個次節(jié)擴展電池的放電量的設(shè)計參數(shù)，獲得抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述第一數(shù)學(xué)模型T(t) x的建立進一步包括以下步驟: 521:獲得第一動力電池單體內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的生熱功率的總和Q1U)的計算式，所述a(0= QM+Qem , QrH)代表所述第一動力電池單體內(nèi)部材料化學(xué)反應(yīng)生熱功率，QM代表電池內(nèi)短路釋放的電功率； 522:根據(jù)Q1U)建立首節(jié)觸發(fā)電池單體的
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述Qr(t)的計算式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述的計算式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于， 所述公式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述第二數(shù)學(xué)模型T(t) π的建立可以步驟包括以下步驟: S41:建立所述第二動力電池單體在熱失控觸發(fā)過程中產(chǎn)熱功率的計算式，所述QM = Q伽Qe Jf) - , QM為熱觸發(fā)實驗時第二動力電池單體熱化學(xué)反應(yīng)釋放的反應(yīng)熱功率，O5jsW為內(nèi)部短路被瞬間釋放出來的熱功率，Qk(i)為所述第二動力電池單體散熱的功率； 542:根據(jù)涵得出
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述&(6)的計算式與所述第一動力電池單體中β$)計算式相同；所述

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，所述
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，將所述動力電池模塊中進行熱失控觸發(fā)實驗的電池單體定義為首節(jié)觸發(fā)電池，將所述動力電池模塊中首節(jié)觸發(fā)電池之外的其它電池單體定義為次節(jié)擴展電池，所述動力電池模塊進一步包括多個金屬連接片、多個金屬夾具以及多個隔熱層，所述第三數(shù)學(xué)模型T(t) ΠΙ的建立可以包括以下步驟: 561:分別建立首節(jié)觸發(fā)電池、次節(jié)擴展電池、電池極柱以及夾具在加熱熱失控擴展條件下的能量變化率Qi(t)計算式，所述
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制動力電池模塊熱失控擴展的設(shè)計方案，其特征在于，減小第三數(shù)學(xué)模型T (t) ΠΙ中每個次節(jié)擴展電池的電量后，次節(jié)擴展電池在熱失控時釋放的電功率Qe的表達式為:
【文檔編號】G06F19/00GK104008293SQ201410232531
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】馮旭寧, 張明軒, 歐陽明高, 盧蘭光, 何向明, 王芳, 樊彬, 王洪慶, 方謀 申請人:清華大學(xué), 中國汽車技術(shù)研究中心