[发明专利]一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型

说明书

本发明涉及一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型，包括步骤：1)单体锂离子电池三维模型建立方案；2)单体锂离子电池径向热模型建立；3)单体锂离子电池热模型方程建立。本发明的有益效果是：本发明对单体锂离子电池进行循环老化实验，实验在不同温度环境下进行；其中，参考性能测试分别在15℃，25℃，30℃温度环境下进行，并采用恒流恒压充电模式；循环老化测试分别在25℃和50℃温度环境下进行，并采用恒流充电、恒压充电和恒流放电模式；每一次实验静置时间为6小时。

技术领域

本发明涉及一种基于电化学特征的单体锂离子电池热模型，更具体地说，它涉及一种基于电化学参数和电路等效理论的单体锂离子电池三维热模型。

背景技术

锂电池的容量随着使用时间的增加会逐渐衰减，更换电池为电动汽车带了额外的成本。对于高能量密度锂离子电池的研究除了围绕材料结构和电化学特征外，电池模型的建立和电池性能参数的估计和优化也是关键技术之一。热失控和热滥用是影响高容量锂离子电池安全性的重要因素之一，通常描述为自引发热失控和滥用热失控。目前锂离子电池模型的研究成果很少考虑电池外部温度参数和内部热模型，实际应用情况下模型的完整性和有效性存在一定缺陷。

根据Bulter-Volmer理论和方程，评估锂离子电池在充放电过程中离子的进出反应速率和电化学行为的公式如下：

式中，为离子扩散电导，i₀为阳极电流，RT和F为热力学参数，a₀，a_s和a_c分别为参数系数，η为转换协方差。

根据浓溶液理论，确定计算公式如下：

式中，f_±为电解质的平均摩尔活度系数，为时间参数，c_e为离子浓度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型。

基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型，包括如下步骤：

步骤1：单体锂离子电池三维模型建立方案；

步骤1-1：基于单体电池性能参数的一维电化学模型建立，基于电路等效理论的电子电流守恒模型建立，基于热环境参数的三维模型建立；

步骤1-2：模型参数设置为，Q_rea单体电池实际电量，Q_pol单体电池正极电量，Q_ohmic单体电池内阻电量，T_ave平均温度；

步骤2：单体锂离子电池径向热模型建立；

步骤2-1：建立基于电化学特征的单体锂离子电池热模型，根据经典的热仿真理论，提出三点假设：

1)假设组成电池的各种材料介质均匀、密度一致；

2)相同材料的比热容恒定，相同材料在同方向上的热导率恒定；

3)单体电池在放电期间电池各处电流密度相同；