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专利号: 2021103712008
申请人: 湖南城市学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-03-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种锂离子软包电池单体内部温度压力估计方法,其特征在于,该方法包含如下处理步骤:

(1)基于待估计的软包电池,建立生热模型M1:Q’cel= mrea·(Δh1·R1 +Δh2·R2 ) ;

(2)建立产气模型M2:m’gas= cgas·Q’cel;

(3)建立热路模型M3:

T’cel = Q’cel / Ccel‑(Tcel‑ Tsur) / (Rcel·Ccel) ,Tsur = (Tcel·Rair+ Tair·Rcel) / (Rair+ Rcel)(4)建立温度估计模型M4并求解输出计算结果;

(5)建立压力估计模型M5并求解输出计算结果;

在步骤(1)中所述软包电池(200)由电芯(201)、软包(202)、电解液(203)组成,悬置于温度变化的环境(204)中,所述软包电池(200)内部发生化学放热反应,所述电芯(201)阳极表面的固体电解质膜(Solid Electrolyte Interphase,SEI)发生分解、重构反应,释放热量和气体;

所述Q’cel表示生热速率,所述mgas表示释放气体的质量,所述Δh1, Δh2分别表示SEI分解、重构的反应焓变,所述R1, R2分别表示SEI分解、重构的反应速率,可写成:0

Rj = fj·xj·exp{ ‑Ej/ (Ru·Tcel) + fj·t·exp[ ‑Ej/ (Ru·Tcel) ] } ,j = 1, 2

0 0

所述x1 , x2分别表示SEI膜中包含、嵌入锂离子的初始量,所述f1, f2分别表示SEI分解、重构反应的频率因子,所述E1, E2分别表示SEI分解、重构反应的活化能,所述Ru为通用气体常数,所述Tcel表示电芯温度,所述t表示当前时刻;

在步骤(2)中所述mgas表示释放气体的质量,所述m’gas表示产气速率,所述cgas表示表示产气速率与生热速率之间的比例系数;

在步骤(3)中所述Ccel表示所述软包电池(200)的热容,所述Rcel表示所述电芯(201)到所述软包(202)的热阻,所述Rair表示所述软包(202)到所述环境(204)的热阻,所述Tsur表示所述软包(202)的温度,所述Tair表示所述环境(204)的温度;

在步骤(4)中所述建立温度估计模型M4并求解输出计算结果的过程为:(4.1)基于所述生热模型M1、所述产热模型M2、所述热路模型M3,建立所述温度估计模型M4:

Q’cel= mrea·(Δh1·R1 +Δh2·R2) ,m’gas= cgas·Q’cel,T’cel = Q’cel / Ccel‑ (Tcel‑ Tsur) / (Rcel·Ccel) ,Tsur = (Tcel·Rair+ Tair·Rcel) / (Rair+ Rcel)(4.2)调用现有数值分析软件求解器求解所述温度估计模型M4,得到并输出所有时刻的所述电芯温度Tcel、所述软包温度Tsur、所述产气质量mgas;

在步骤(5)中所述建立所述压力估计模型M5并求解输出计算结果的过程为:(5.1)建立气体状态方程:Pcel·Vgas = mgas·Rgas·Tcel;

(5.2)建立有限元模型M6,输出气压‑体积方程Vgas=Vgas(Pcel) ;

(5.3)建立所述压力估计模型M5:Pcel·Vgas = mgas·Rgas·Tcel ,Vgas=Vgas(Pcel)

(5.3)将已得到的所述电芯温度Tcel、所述产气质量mgas代入到所述模型M5中,求解得到所有时刻的Pcel;

所述Pcel表示软包电池(200)的内部气压,Vgas表示气体体积,Rgas表示内部气体的气体常数。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子软包电池单体内部温度压力估计方法,其特征在于,在步骤(5.2)中所述建立有限元模型M6,输出气压‑体积方程 Vgas=Vgas(Pcel) 的过程为:(5.2.1)根据工程实际,对所述软包(202)建立1/4型壳结构;

(5.2.2)设置材料属性,包括弹性模量、泊松比、应力与塑性应变表;

(5.2.3)对X方向的对称区域、Y方向的对称区域、Z方向的对称区域设置对称边界条件;

(5.2.4)对壳结构内表面设置m个不同的压力载荷Pcel, j (j =1, 2,  ... , m),建立相应的求解情况;

(5.2.5)调用现有有限元软件的通用静态求解器,对每一求解情况分别求解,得到相应的气体体积响应值Vgas, j (j =1, 2, ... , m);

(5.2.6)基于m组压力载荷Pcel, j和气体体积响应值Vgas, j,拟合得到气压‑体积方程Vgas=Vgas(Pcel)。

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