[发明专利]基于临界换热系数的锂电池热管理设计方法、系统、终端

说明书

本发明属于锂电池热管理技术领域，公开了一种基于临界换热系数的锂电池热管理设计方法、系统、终端，包括定义临界换热系数h_cr；建立一套确定临界换热系数的数值求解方法；基于影响因素分析，获得h_cr的拟合公式。本发明提出并定量求解了一种基于临界换热系数的设计理念来设计锂电池的热管理系统，分析了各种工况因素对临界换热系数的定量影响。在设计理念的基础上，提出了基于干预时间的运行策略，有效控制电池温度处于安全范围；本发明创新性地提出了临界换热系数h_cr，并发展了一套确定临界换热系数的数值求解方法，临界换热系数h_cr可以有效指导系统的热安全运行，对热管理系统的参数选取和优化设计有着很好的指导意义。

技术领域

本发明属于锂电池热管理技术领域，尤其涉及一种基于临界换热系数的锂电池热管理设计方法、系统、终端。

背景技术

目前，锂电池以其容量大、能量密度高以及自放电小等优点成为目前应用最广泛的动力电池。当电池温度过高，电池放电会加速，引发过热、起火、爆炸等一系列危险，所以需要设计更为先进、更为合理的热管理系统来保持电池温度处于理想工作温度范围。

为应对极端工况下的电池快速生热问题，常用方法是采用高传导能力的散热系统来提升散热能力，如热管、相变材料以及热管-相变材料耦合等，张等(南昌大学.一种基于热管和液冷耦合散热的车用圆柱形锂电池模块:CN202011502669.2[P].2021-02-12.)发明了一种热管和液冷耦合散热的热管理系统。但随之而来的是系统复杂度的提升以及能源的消耗。设计热管理系统时，研究者一般是对系统进行一系列的测试如倍率测试、高温环境的测试等等，再进行优化设计，测试周期长，耗费资源大。因此极端工况下的电池热管理充满了挑战。

热管理的本质来看，确保散热系统能够及时移除产生的热量，就可以避免电池温度迅速上升。Semenov(SEMENOV N.N..Some Problems in Chemical Kinetics andReactivity,Volume 2[M].Princeton University Press:2017-03-14.)提出了一种工具可以表示生热和散热之间的相互作用，该图比较了生热和散热的速率与电池温度的函数关系。SEMENOV图可以用来分析对流换热系数的变化对热失控出发过程的影响，预测热设计空间的安全区域。可以将SEMENOV图的理念即电池生热量和散热量匹配扩展到电池热管理中，但是过去相关研究只是定性分析，缺乏定量研究。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

极端工况下锂电池热管理系统的设计理念缺乏一个清晰的理论指导，会导致系统过于冗余，降低系统的可靠性、经济性。另外，若设计的热管理系统散热性能不足也会造成电池安全性能下降。

解决以上问题及缺陷的难度为：

缺少合适的定量分析方法来探讨实际散热需求与实际工况的关系。本发明应用生热与散热平衡的基理，创新性的提出了一种基于临界换热系数的热管理系统设计方法。其中h_cr是依赖于实际运行工况参数的函数，可以结合实际参数快速判定电池生热与散热的平衡情况。

解决以上问题及缺陷的意义为：

根据实际运行工况参数，计算出临界换热系数，为热管理系统散热性能的设计提供了设计依据。并在基于临界换热系数进行升温风险判断的基础上，本发明可以指导电池系统采取辅助干预措施。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于临界换热系数的锂电池热管理设计方法、系统、终端。

本发明是这样实现的，一种基于临界换热系数的锂电池热管理设计方法包括：

步骤一，定义临界换热系数h_cr；建立一套确定临界换热系数的数值求解方法；