申请/专利权人：中国人民解放军空军工程大学

申请日：2024-02-01

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117741447A

主分类号：G01R31/367

分类号：G01R31/367;G06F17/11

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.09#实质审查的生效;2024.03.22#公开

摘要：公开一种锂离子电池老化热失控风险预测的方法，实施步骤如下：第一步：利用简化的多层热模型，将电池分为多个热阻节点，通过能量守恒实现电池表面温度与内部温度的监测与估计；第二步：监测电池温度Tink；单次充放电后若低于80℃，则未达副反应温度，可正常运行，仅需冷却；第三步：电池温度超过80℃时，引入风险指数评估，确保电池安全使用；第四步：根据风险指数，对电池采取不同策略：80～120℃正常运行，对电池进行冷却处理；120～200℃时，对电池进行冷却处理，注意潜在热失控；超过200℃时，建议更换电池以防热失控。本发明只需要检测单次充放电过程中电池的温度，推算风险指数β，即可分析电池的安全状况。

主权项：1.一种锂离子电池老化热失控风险预测的方法，其特征在于，具体实施步骤如下：第一步：利用简化的多层热模型，将电池分为多个热阻节点，通过能量守恒实现电池表面温度与内部温度的监测与估计；采用简化的多层热模型，将电池三维网格化，每个网格均为大小相同的小立方体，共分为n个小立方体，假设每个小立方体的内部和表面温度相同；每个热节点相当于一个小立方体，将每个热节点采用能量守恒方程联系起来，通过表面温度计算内部温度，公式如下： 式中，Rpx、Rqy、Rrz分别是沿x、y、z轴传导的每个小立方体的热阻，在相同方向上，每个小立方体的热阻相等，p∈[1,A],q∈[1,B],r∈[1,C]，A,B,C分别为沿x、y、z方向上小立方体的个数，Ti,j,k为小立方体温度，下标i、j、k分别表示温度立方体在x、y、z方向上的位置；一个对流表面的温度计算公式为: 式中，Rvy、Tamp分别为y轴的对流热阻和环境温度，Tamp通过测量获得；相邻两个对流表面的温度计算公式为： 式中，Rvz为z轴的对流热阻；相邻的三个对流表面的温度计算公式为： 式中，Rvx为x轴的对流热阻；Rvx、Rvy、Rvz数值通过测量获得；采用扩展的集总参数模型和遗忘因子递推最小二乘法对沿x、y、z轴传导的热阻Rx、Ry、Rz进行计算， 锂离子电池的能量守恒方程为： 式中，m为电池总质量，Cp为电池比热容，Tin为待求电池内部温度，I为电池电流，ET为平衡电势的温度系数，h为电池对流换热系数，A为电池表面积，Tsurf为电池表面温度，R为待估计电池热阻；将式7离散化，得到式8：mCpTink-Tink-1＝Ik2R+IkTinkET-hATsurfk-Tamp8式中，Tink、Ik、Tink、Tsurfk、分别表示I、Tin、Tsurf离散化后的离散量，k表示离散参数；含有遗忘因子的最小二乘法计算公式如下： 式中，yk为观测量，θk为待估计的参数，为已知的变量参数，Kk为系数、Pk为误差值，λ为遗忘因子；将式8和式9联合，得到： 式中，表示已知变量参数是由Ik和IkTink组成的矩阵，θk＝[R,ET]表示待估计参数θk是由待估计参数R和ET组成的矩阵；依据公式9-10，通过递推方法求得Tink和Rk，最终求得的Rk即为电池热阻R，Tink即为待求电池内部温度；电池的表面温度Tsurf在x、y、z三个方向上数值不同，该温度通过测量获得；在x、y、z三个方向上分别测得不同的表面温度Tsurf之后，代入公式7-10，计算获得三个方向上热阻R的值Rx、Ry、Rz；将Rx、Ry、Rz代入公式5，获得Rpx、Rqy、Rrz的数值；再将Rpx、Rqy、Rrz代入公式1-4，获得小立方体温度Ti,j,k；取Tink＝maxTi,j,k作为电池内部温度，Tink随时间变化；第二步：监测电池温度Tink；单次充放电后若低于80℃，则未达副反应温度，可正常运行，仅需冷却；观测电池温度Tink；当电池单次充放电后，电池温度Tink低于80℃时，电池虽然处于高温状态，但未达到副反应发生温度，可以正常运行，此时对电池进行冷却即可；第三步：电池温度Tink超过80℃时，引入风险指数评估，确保电池安全使用；当电池温度Tink超过80℃时，计算风险指数β；定义“到达副反应阈值温度的快慢”无量纲量，作为风险指数的具体表征，计算公式为：β＝tallt80℃11式中，tall为电池单次放电的总时间；t80℃为电池单次放电过程中温度达到SEI膜分解阈值温度80℃的时间；记电池隔膜的熔点为Tsep，在带有风险指数的温升曲线图上，根据Tsep的到达时刻得到对应的临界风险指数βSEP；记未考虑隔膜熔断时的热失控发生临界温度为Tp，其对应的临界风险指数为βP，则β＝min{βSEP,βP}12取βSEP与βP的最小值作为β的最终数值；得到电池的表面温度和环境温度后，计算电池的内部温度，得到电池的最高温度，通过电池不同的放电时间，计算测得不同的电池开始发生副反应的时间；第四步：根据风险指数，对电池采取不同策略：80～120℃正常运行，对电池进行冷却处理；120～200℃时，对电池进行冷却处理，注意潜在热失控；超过200℃时，建议更换电池以防热失控；当电池温度处于80～120℃时，风险指数β处于1～2之间，对电池进行冷却即可；当电池温度处于120～200℃时，风险指数处于2～3.2之间，此时电池发生正负极与电解液反应等副反应，风险指数较高，需要对电池进行冷却处理，同时注意可能发生热失控；当电池温度高于200℃，风险指数大于3.2，电池发生电解液分解副反应，电池温度上升很快，随时可能发生副反应，此时建议切断电源进行更换电池，避免热失控的发生。

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百度查询： 中国人民解放军空军工程大学 一种锂离子电池老化热失控风险预测的方法

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