CN110083871A - 一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法和装置，该方法利用锂锂离子电池SOC(剩余电量)和锂锂离子电池SOH(健康程度)并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，再利用锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，再通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式采集温度、生热元件阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，并将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较以完成锂锂离子电池热失控过程的精确模拟。该方法为热失控扩散等机理研究提供实验平台，也可以为热失控管控等装置提供实验环境。

Description

一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法和 装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池安全领域，具体涉及一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法和装置。

背景技术

电动汽车热管理技术已经成为制约电动汽车技术发展以及安全性提高的重要因素之一。随着对电动汽车性能要求不断提高，大电流充电、高容量锂锂离子电池、复杂工况使用等因素均导致锂锂离子电池在使用过程中会遇到热问题，存在热失控的可能，热失控发生时将导致锂离子电池包燃烧，危害整车安全。

热失控是指单体锂锂离子电池因刺穿、过温等因素导致，锂锂离子电池内部隔膜熔化，电化学反应快速发生并转化成生热，导致锂锂离子电池温度急剧升高的现象。通常热失控会首先发生在一个单体锂离子电池上，热失控所释放的大量热量会导致该锂离子电池温度急剧上升，热扩散至临近锂离子电池导致临近锂离子电池过温，继续发生热失控，从而产生雪崩式效应，整个锂离子电池包都开始燃烧，可能造成严重后果。

目前针对于单体锂离子电池热失控的仿真及实验装置不能很好地满足整车对于安全性的需要。目前的热失控实验有的采用针刺等极端条件诱发锂离子电池热失控，但该过程不可控，且该过程较复杂，无法满足实验要求，故而采用实验装置模拟热失控的发展过程对于提高实验精度、提高整车安全性均具有重要意义。

发明内容

为了解决现有锂离子电池热失控模拟装置多依据锂锂离子电池表面温度条件或者温升速率等条件建立，无法精确模拟锂锂离子电池热失控过程的生热，也无法模拟锂锂离子电池热失控过程中非均匀生热现象的问题，本发明提供一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法，结合热失控精确预测模型，依据锂锂离子电池生热和传热过程，分析热失控过程中锂锂离子电池的生热功率，使用电控生热元件模拟热失控生热，进而进行比对以及调节处理,为热失控扩散等机理研究提供实验平台，也可以为热失控管控等装置提供实验环境。本发明还涉及一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置。

本发明技术方案如下：

一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法，其特征在于，所述方法利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，再利用所述锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，再通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式采集温度、生热元件阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，并将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，若二者相等则依据所述电流值和温度模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟。

优选地，所述方法利用锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型再进一步耦合为锂离子电池热失控预测模型。

优选地，所述方法建立的锂离子电池热失控预测模型基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热。

优选地，所述方法依据锂离子电池热失控预测模型获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。

优选地，其特征在于，所述控制单元电控生热元件模拟生热的方式采用控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构，将电阻丝结构与一加热电源和一电流传感器依次连接形成加热回路，通过采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率。

优选地，采用的电阻丝结构采用分层或分块的方式分别填充电阻丝层和导热材料层以模拟锂锂离子电池非均匀生热，所述电阻丝层用于模拟锂锂离子电池内部热源，所述导热材料层用与锂锂离子电池内部导热系数相适应的材料填充，用于模拟锂锂离子电池内部传热现象。

一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置，其特征在于，包括锂离子电池热失控预测模型建立模块、锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块、电控生热元件模拟生热模块、锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块、数据比对处理模块和电流调节模块，所述电控生热元件模拟生热模块包括控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构；

所述锂离子电池热失控预测模型建立模块利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，所述锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块利用所述锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，所述电控生热元件模拟生热模块通过控制单元电控电阻丝结构模拟生热，所述锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块根据电控电阻丝结构模拟生热的结果采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，所述数据比对处理模块将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，若二者相等则依据所述电流值和温度模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则由电流调节模块利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟。

优选地，所述电控生热元件模拟生热模块还包括加热电源和电流传感器，所述电阻丝结构、加热电源和电流传感器依次连接形成加热回路，所述加热电源为直流电源或交流电源，所述控制元件输出电流值通过电流传感器采集获得；所述电阻丝结构内部划分为不同厚度的若干片层或不同大小的若干区域，在各片层或区域分别填充电阻丝或与锂锂离子电池内部导热系数相适应的导热材料，使得电阻丝结构模拟锂锂离子电池非均匀生热。

优选地，所述电控生热元件模拟生热模块采用滑动网络方式使电阻丝结构根据需要移动以模拟锂锂离子电池内短路发生在锂锂离子电池内不同位置时的热失控过程。

优选地，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块利用锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型再进一步耦合为锂离子电池热失控预测模型；

和/或，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热；

和/或，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块与电控生热元件模拟生热模块相连，从而所述电控生热元件模拟生热模块依据锂离子电池热失控预测模型获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。

本发明技术效果如下：

本发明提供了一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法，利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，故能够建立锂离子电池热失控精确预测模型，也可称为是锂锂离子电池热失控预测生热模型，利用热失控预测模型计算锂离子电池瞬时生热功率，此时为锂离子电池瞬时生热功率理论值，再通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式，依据锂锂离子电池生热和传热过程，模拟生热并分析热失控过程中锂锂离子电池的生热功率，此时为模拟检测值，将该模拟检测值与理论值进行比对，并在不一致时进行调整，由控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟，该方法能够精确模拟锂锂离子电池热失控过程的生热，为热失控扩散等机理研究提供实验平台，也可以为热失控管控等装置提供实验环境。

本发明所述方法原理可靠，可以反复模拟锂锂离子电池热失控过程，并可以模拟锂锂离子电池在不同SOC、SOH和环境下的热失控过程。进一步地，通过调节电控生热元件模拟生热的方式中电阻丝结构的位置，可以模拟锂锂离子电池在不同位置发生内短路导致热失控的生热情况。本发明能够精确模拟锂锂离子电池热失控过程的生热，甚至可以通过分别填充电阻丝层和导热材料层来模拟锂锂离子电池热失控过程中非均匀生热，解决现有技术无法模拟锂锂离子电池热失控过程中非均匀生热现象的问题，进一步提高热失控模拟精度。

本发明还涉及一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置，该装置与上述基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法相对应，可理解为是实现上述方法的装置，该装置包括锂离子电池热失控预测模型建立模块、锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块、电控生热元件模拟生热模块、锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块、数据比对处理模块和电流调节模块，各模块相互配合协同工作，实现锂锂离子电池热失控预测生热模型的热失控精确模拟，设置电控生热元件模拟生热模块包括控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构，利用电控元件生热原理设计该模块，其结构简单、容易制作、成本较低，能够满足本发明需要，精确模拟锂锂离子电池内部电源和传热，模拟热失热过程。

附图说明

图1为基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法的流程图。

图2为电控生热元件模拟生热的方式采用直流电源的电路图。

图3为电控生热元件模拟生热的方式采用交流电源的电路图。

图4为锂离子电池一阶模型图。

图5为基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置的结构框图。

具体实施方式

本发明的原理是基于锂锂离子电池热失控预测模型及电控元件生热。通过建立的锂锂离子电池热失控预测模型获得精确的锂锂离子电池生热功率及温度场分布后，根据电控元件生热进行模拟热失控过程。

本发明电控元件生热是通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式，也就是说采用电加热方式，主要生热元件优选为电阻丝，其他生热元件也可实现功能。电流流经电阻丝时，依据电功全部转化为热输出，依据焦耳定律Q＝I²RT，当生热功率及生热元件电阻已知时，可计算出所需要的加热电流瞬时值。通过调整加热电流瞬时值使其满足生热功率及锂锂离子电池表面温度的需要，即可模拟锂锂离子电池热失控过程。

下面结合附图对本发明的技术方案做详细的说明。

图1示出了本发明基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法的流程图。本方法利用锂锂离子电池SOC(剩余电量)和锂锂离子电池SOH(健康程度)等参数估计并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型(或称为是锂锂离子电池热失控预测生热模型，或简称热失控模型)，再利用锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，此时为锂离子电池瞬时生热功率理论值，或称为锂锂离子电池理想生热功率，再通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式采集温度、生热元件阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，此时为模拟检测值，或称为锂锂离子电池实际生热功率，并将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，也就是将该锂锂离子电池实际生热功率与理想生热功率进行比对，并在不一致时进行调整，具体为：若二者相等则依据所述电流值和温度即可模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程。

特别说明的是，锂离子电池热失控预测模型是基于仿真结果建立的模型，主要可包含锂锂离子电池热失控时内部各点生热量及锂离子电池表面温度。建立热失控模型方法众多，随着输入量的改变就可以建立一个新的模型。输入量可能包括：锂离子电池外形(尺寸)，锂离子电池容量，标称电压，OCV-SOC曲线，SOH曲线等等多种变量。例如，以锂离子电池外形，锂离子电池容量，标称电压，充放电循环过程，SOC曲线，外壁温度作为输入，其中外壁温度作为修正量，建立锂离子电池热失控预测模型，可反应SOC对热失控过程锂离子电池生热量的影响。

控制单元调节输出电流，电流的控制方法举例说明。举例一：以容量为2Ah的18650圆柱形锂离子电池为例，将电热元件布置成圆环形，并且使用多个电流源分段控制其发热，该理想生热功率通过锂离子电池热失控预测模型计算得到。如：电热元件1的发热功率是10W，电热元件2的发热功率是15W，电热元件3的发热功率是13W。此时在锂离子电池外壁相应温度点检测外壳温度，作为输入量反馈至热失控预测模型中，重新计算热失控生热功率。如在理想情况下，锂锂离子电池外壳温度应为50℃，65℃，55℃，但此时的温度传感器检测值为45度，60度，50度，则将温度传感器检测值输入到锂锂离子电池热失控模型中，重新计算得到实际生热功率为12W，18W，15W。则控制单元调整输出电流使其满足新的生热功率值，即满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性，以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程。

举例二：以容量为26Ah的217000方形锂离子电池为例，采用电阻丝布置成片层结构，并且使用多个电流源分段控制电阻丝的发热。该发热功率通过锂离子电池热失控预测模型计算得到。如：电阻丝1的发热功率是200W，电阻丝2的发热功率是300W，电阻丝3的发热功率是160W。此时在锂离子电池外壁相应温度点检测外壳温度，作为输入量反馈至热失控预测模型中，重新计算热失控生热功率。如在理想情况下，锂离子电池外壳温度应为100℃，130℃，95℃，但此时的温度传感器检测值为105度，134度，100度，则将温度传感器检测值输入到热失控模型中，重新计算生热功率为180W，270W，130W。则调整输出电流使其满足新的生热功率值。

优选地，可以利用锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压等多种指标并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型等诸多模型再进一步将各模型耦合为锂离子电池热失控预测模型。锂离子电池热失控预测模型基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热。锂离子电池热失控预测模型用于获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。

其中，所述的锂锂离子电池电化学模型：采用一阶RC模型，如图4所示模型简图。

锂离子电池一阶RC模型的数学表达如下：

上式中：U_p为极化电压，C_p为极化电容，R_p为极化电阻，I_l为干路电流，U_t为实际电压，U_oc为开路电压，R₀为锂离子电池内阻。

锂离子电池内部生热分析：

锂锂离子电池内部生热属于电化学反应的热效应，符合热平衡方程：

上式中，为导热速率，Q为锂锂离子电池的总生热速率，ρ为密度，c为锂离子浓度，t为时间，τ为时间常数。其中，右边两项为导热速率，Q为锂离子电池的总生热速率，总生热速率Q则与锂离子电池的电化学-热模型有关。常用的锂离子电池发热功率公式为：

其中，E为平衡状态锂离子电池开路电压，U为实际工作电压，I为工作电流，dE/dT为锂离子电池反应的熵系数，表示锂离子电池电压随温度的变化关系；其具体值可以通过平衡电位法或量热法测量得到；T为锂离子电池温度，对上式进行化简，可得：

上式右边第一项是锂离子电池电阻热，又称不可逆热，该项是由于锂离子电池内阻(极化电阻与欧姆电阻)产生的热量。公式另一边为锂离子电池熵变热，属于可逆热。

锂锂离子电池热失控过程中除了正常的可逆热与不可逆热之外，还有因温度升高产生的副反应生热，且该部分副反应热是最重要的生热来源。副反应主要包含SEI膜分解，负极锂与粘结剂反应，正极材料与电解液反应，电解液分解反应等。因此可耦合SEI膜分解数学模型、负极锂与粘结剂反应数学模型、正极材料与电解液反应数学模型以及电解液分解反应数学模型等建立锂离子电池热失控预测模型。

本发明采用控制单元电控生热元件模拟生热的方式采用控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构，将电阻丝结构与一加热电源和一电流传感器依次连接形成加热回路，如图2和图3所示，分别为电控生热元件模拟生热的方式采用直流电源和交流电源的电路图，通过采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率。

进一步地，本方法中采用的电阻丝结构可以采用分层或分块的方式分别填充电阻丝层和导热材料层以模拟锂锂离子电池非均匀生热，电阻丝层用于模拟锂锂离子电池内部热源，导热材料层用与锂锂离子电池内部导热系数相适应的材料填充，比如一导热材料层，然后是一电阻丝层，再是导热材料层，再一电阻丝层，再一导热材料层等等，依次间隔设置，模拟构成锂锂离子电池内部环境，用于模拟锂锂离子电池内部传热现象。同时为了模拟锂锂离子电池内短路发生在锂离子电池内不同位置时的热失控过程，本发明可以采用简单便捷地滑动网络等方式使加热电阻可根据实验需要实验移动。

本发明还涉及一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置，该装置与上述基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟方法相对应，可理解为是实现上述方法的装置，该装置结构图图5所示，包括锂离子电池热失控预测模型建立模块、锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块、电控生热元件模拟生热模块、锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块、数据比对处理模块和电流调节模块，所述电控生热元件模拟生热模块包括控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构。

锂离子电池热失控预测模型建立模块利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，所述锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块利用所述锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，所述电控生热元件模拟生热模块通过控制单元电控电阻丝结构模拟生热，所述锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块根据电控电阻丝结构模拟生热的结果采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，所述数据比对处理模块将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，若二者相等则依据所述电流值和温度模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则由电流调节模块利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟。

本发明热失控模拟装置的电控生热元件模拟生热模块还包括加热电源和电流传感器，如图2和图3所示，所述电阻丝结构R、加热电源E和电流传感器依次连接形成加热回路，所述加热电源可以如图2所示为直流电源或如图3所示为优选地，交流电源，所述控制元件输出电流值通过电流传感器采集获得；所述电阻丝结构内部划分为不同厚度的若干片层或不同大小的若干区域，在各片层或区域分别填充电阻丝或与锂锂离子电池内部导热系数相适应的导热材料，使得电阻丝结构模拟锂锂离子电池非均匀生热。电控生热元件模拟生热模块

因此，图2也可以称为是锂锂离子电池热失控模拟装置直流电源装置电路图，图3也可以称为是锂锂离子电池热失控模拟装置交流电源装置电路图。利用控制单元调节输出加热电流，加热电流根据焦耳定律计算如下：

由于电阻丝的实际阻值R与温度I相关，且不同电阻丝的温度函数不同，故而用下式表示电阻与温度的函数关系：

R＝F(T)

根据锂离子电池热失控预测模型，则点阻塞的生热功率及温度分布已知，故而电流I的计算公式如下：

本发明热失控模拟装置中的电控生热元件模拟生热模块采用滑动网络方式使电阻丝结构根据需要移动以模拟锂锂离子电池内短路发生在锂锂离子电池内不同位置时的热失控过程。

同样优选地，本发明热失控模拟装置采用的锂离子电池热失控预测模型建立依赖于锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型再进一步耦合为锂离子电池热失控预测模型；

锂离子电池热失控预测模型建立模块基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热；

锂离子电池热失控预测模型建立模块与电控生热元件模拟生热模块相连，从而电控生热元件模拟生热模块依据锂离子电池热失控预测模型获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。

本发明方案中锂锂离子电池非均匀生热原理在于：将热失控模拟装置内部划分为不同厚度的多个片层或不同大小的多个区域，分别填充电热元件或导热材料，其中导热材料使用与锂锂离子电池内部导热系数相近的材料。本发明中采用分层的方法模拟非均匀生热过程，如模拟挤压等诱因导致的锂锂离子电池热失控现象；使用分区域方法可模拟刺穿等诱因导致的锂锂离子电池热失控过程。在装置使用过程中，由于各片层厚度不一致，故而电热元件片层生热功率不一致；又导热材料片层厚度不一致，导热材料片层热阻不一致，导热时存在温度梯度，故而使装置内的生热功率产生非均匀性。

本发明公开的锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置，锂离子电池热失控预测模型建立模块进行仿真模型的建立，在基于热失控精确预测的仿真模型基础上，结合热失控过程中的单体锂锂离子电池生热、散热等因素，通过电控生热元件模拟生热模块通过一组电控元件控制生热实现热失控的装置模拟，该装置可以满足单体锂离子电池各向异性的生热规律，为热失控实验提供精确模拟装置。并且该热失控过程可反复使用；还可模拟不同SOC、不同 SOH及不同工况下的热失控过程；通过调节内部加热元件在外部传热部件中所处的位置，可以模拟锂离子电池在不同位置发生内短路从而导致热失控的生热情况；通过任意多个、任意数量的温度传感器等方式能便捷感知热失控过程时锂离子电池外表面的温度分布。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种基于锂离子电池热失控生热模型的热失控模拟方法，其特征在于，所述方法利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，再利用所述锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，再通过控制单元电控生热元件模拟生热的方式采集温度、生热元件阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，并将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，若二者相等则依据所述电流值和温度模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟。

2.根据权利要求1所述的热失控模拟方法，其特征在于，所述方法利用锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型再进一步耦合为锂离子电池热失控预测模型。

3.根据权利要求1所述的热失控模拟方法，其特征在于，所述方法建立的锂离子电池热失控预测模型基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热。

4.根据权利要求1所述的热失控模拟方法，其特征在于，所述方法依据锂离子电池热失控预测模型获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。

5.根据权利要求1至4之一所述的热失控模拟方法，其特征在于，所述控制单元电控生热元件模拟生热的方式采用控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构，将电阻丝结构与一加热电源和一电流传感器依次连接形成加热回路，通过采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率。

6.根据权利要求5所述的热失控模拟方法，其特征在于，采用的电阻丝结构采用分层或分块的方式分别填充电阻丝层和导热材料层以模拟锂锂离子电池非均匀生热，所述电阻丝层用于模拟锂锂离子电池内部热源，所述导热材料层用与锂锂离子电池内部导热系数相适应的材料填充，用于模拟锂锂离子电池内部传热现象。

7.一种基于锂离子电池热失控预测模型的热失控模拟装置，其特征在于，包括锂离子电池热失控预测模型建立模块、锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块、电控生热元件模拟生热模块、锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块、数据比对处理模块和电流调节模块，所述电控生热元件模拟生热模块包括控制单元以及与控制单元连接的用来模拟锂锂离子电池内电热元件的电阻丝结构；

所述锂离子电池热失控预测模型建立模块利用锂锂离子电池SOC和锂锂离子电池SOH并基于锂锂离子电池生热机理建立锂离子电池热失控预测模型，所述锂离子电池瞬时生热功率理论计算模块利用所述锂离子电池热失控预测模型计算相应锂离子电池瞬时生热功率，所述电控生热元件模拟生热模块通过控制单元电控电阻丝结构模拟生热，所述锂离子电池瞬时生热功率模拟计算模块根据电控电阻丝结构模拟生热的结果采集电阻丝结构的温度和阻值以及控制单元输出电流值进而计算模拟生热的瞬时生热功率，所述数据比对处理模块将计算的所述模拟生热的瞬时生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率相比较，若二者相等则依据所述电流值和温度模拟锂锂离子电池热失控过程；若二者不一致，则由电流调节模块利用控制单元调节输出电流使其满足电热元件模拟生热的方式采集的实际温度下的生热功率与锂离子电池热失控预测模型计算的锂离子电池瞬时生热功率的一致性以模拟锂锂离子电池内的电阻元件生热情况完成锂锂离子电池热失控过程模拟。

8.根据权利要求7所述的热失控模拟装置，其特征在于，所述电控生热元件模拟生热模块还包括加热电源和电流传感器，所述电阻丝结构、加热电源和电流传感器依次连接形成加热回路，所述加热电源为直流电源或交流电源，所述控制元件输出电流值通过电流传感器采集获得；所述电阻丝结构内部划分为不同厚度的若干片层或不同大小的若干区域，在各片层或区域分别填充电阻丝或与锂锂离子电池内部导热系数相适应的导热材料，使得电阻丝结构模拟锂锂离子电池非均匀生热。

9.根据权利要求8所述的热失控模拟装置，其特征在于，所述电控生热元件模拟生热模块采用滑动网络方式使电阻丝结构根据需要移动以模拟锂锂离子电池内短路发生在锂锂离子电池内不同位置时的热失控过程。

10.根据权利要求7至9之一所述的热失控模拟装置，其特征在于，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块利用锂锂离子电池SOC、锂锂离子电池SOH、锂锂离子电池外形和锂离子电池标称电压并基于锂锂离子电池生热机理建立锂锂离子电池电化学模型、锂锂离子电池产热传热模型和锂锂离子电池老化模型再进一步耦合为锂离子电池热失控预测模型；

和/或，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块基于的锂锂离子电池生热机理包括锂锂离子电池内部材料导热、辐射方式换热、以及外界空气或冷板散热方式耦合换热；

和/或，所述锂离子电池热失控预测模型建立模块与电控生热元件模拟生热模块相连，从而所述电控生热元件模拟生热模块依据锂离子电池热失控预测模型获取锂锂离子电池内部生热功率、锂离子电池内温度场分布，为确定电控生热元件模拟生热提供理论参数。