[发明专利]一种18650型锂电池放电循环的瞬态温度模型建模方法

说明书

本发明涉及一种18650型锂电池放电循环的瞬态温度模型建模方法，包括步骤：1)锂电池单体放电循环热模型的建立规则；2)建立瞬态热行为的控制方程；3)建立瞬态热行为的边界条件。本发明的有益效果是：本发明基于Newman的伪二维模型建立锂电池单体在不同放电倍率工况下的瞬态温度模型，自行设计恒流充放电实验装置，采集、计算和仿真单体电池热行为数据，并将瞬态温度参数与电压分布曲线进行结果分析，本发明提出的瞬态温度模型具有很好的可靠性和有效性；同时本发明提出的新模型和新算法计算速度快，计算结果精度较高。

技术领域

本发明涉及一种18650型锂电池放电循环工况下的瞬态温度模型和电压分布模拟曲线，更具体地说，它涉及一种恒流放电工况下的锂电池瞬态温度模型建立，以及温度与放电电压之间的函数关系曲线。

背景技术

锂电池因能量密度高、寿命长、自放电率低等优点受到了行业的青睐，目前占据着动力电池的主要市场。锂电池也有较大的局限性，主要是需要在适宜的环境温度下工作，温度过高或过低都会对其性能、循环寿命以及安全性产生较大影响。国内外众多学者致力于锂电池温度模型的研究，提出不同的建模方法，如人工神经网络、有限元模型(FEM)或集总参数模型(LPM)、线性参数变化(LPV)模型或偏微分方程(PDE)模型、CFD模型。基于电化学方程的模型对电池内部物理和化学过程进行精确描述，在设计电池单体时电化学模型实用可靠。但是，该模型的计算时间较长，不适用于高动态的锂电池工作环境。Newman和Tie首次提出一种具有锂电池动态应用的多孔电极电化学建模方法。在多孔电极理论中，电极被视为电解质溶液与固体基质之间的叠加。基质本身被建模为微观的球形颗粒，其中锂离子扩散并在球体表面上反应。Full等将该方法进行推广，设计包括两个复合模型和分离器的温度模型，该模型同时适用于锂电池和MH-Ni电池。

根据锂电池充放电内部机制，电化学反应中的正极、负极和总反应公式为：

正极

负极

总公式

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18650型锂电池放电循环的瞬态温度模型建模方法。

这种18650型锂电池放电循环的瞬态温度模型建模方法，包括如下步骤：

步骤1)：锂电池单体放电循环热模型的建立规则；将基于物理特征的二维电化学模型与反映锂电池性能的电荷守恒和热扩散方程相结合，从而计算温度分布值；

步骤2)：建立瞬态热行为的控制方程；方程描述固相电荷守恒、电解质相电荷守恒、固相锂离子守恒、电解质相锂离子守恒；

步骤2-1)：建立固相电荷守恒方程如下：

▽(ρ^eff▽φ_s)-i^Li＝0 (4)

另一种表示方式为：

And

And

其中，ρ^eff为固相有效电导率，ρ₊和ρ_-分别为正负极的有效电导率，φ₊和φ_-分别为相电势正负极，l_n为负极长度，l_s为分离器长度，l_p为正极长度，L＝l_n+l_s+l_p为总长度；

步骤2-2)：建立电解质相电荷守恒方程如下：