[发明专利]一种锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型

权利要求书

1.一种锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述耦合模型由电化学模型、热模型、力学模型、短路模型以及热失控副反应模型耦合而成；

所述电化学模型用于求解电池内固/液相中的电势、Li⁺浓度以及副反应物质的浓度分布和变化，以及求解电池各产热组分的大小；

所述热模型用于模拟电池内温度分布和变化；

所述力学模型用于模拟电池在机械载荷作用下的应力和应变的分布和变化；

所述短路模型用于实现对内短路大小、位置和产热的预测；

所述热失控副反应模型用于求解各副反应物质的浓度和产热情况；

模型间的耦合关联方式包括：所述力学模型的应力/应变参数与短路模型的电导率关联，所述短路模型的短路内阻与电化学模型的边界条件关联，所述电化学模型的电池电压与短路模型的边界条件关联，所述热模型的温度分别与电化学模型和热失控副反应模型的温度关联，所述短路模型的内短路产热、电化学模型的电化学极化热、可逆熵热和欧姆热、以及热失控模型的副反应产热分别与热模型中的对应产热项关联。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述电化学模型由电化学方程组和电化学产热方程组组成；所述电化学方程组包含固相质量守恒方程、液相质量守恒方程、固相电荷守恒方程、液相电荷守恒方程以及电极反应动力学方程中的一种或多种；所述电化学产热方程组包含欧姆热方程、可逆熵热方程、电化学极化热方程中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述热模型由能量守恒方程构成，所述能量守恒方程包含传热项、产热项以及散热项；所述传热项用于描述电池内部温度梯度导致的热量传递现象；所述产热项包括的热源有电化学极化热、可逆熵热、欧姆热、内短路热以及热失控副反应热；所述产热项热源均由其它物理模型通过参数实时传递的方式传递至热模型中；所述散热项由对流传热和辐射传热组成，用于描述电池与环境间的对流和辐射传热导致的热交换。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述力学模型由几何方程、物理方程、平衡微分程构成。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述短路模型为基于欧姆定律所构建；将电池组件的电导率定义为与应变/应力相关的函数关系式；所述应变/应力为按照参数传递的方式由力学模型实时传递至短路模型的数值；所述短路模型遵循欧姆定律。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述热失控副反应模型为包含物质守恒方程、能量守恒方程以及阿伦尼乌斯方程中的一种或多种；所述副反应包括SEI分解反应、嵌锂石墨与电解液反应、嵌锂石墨和粘结剂反应、正极和负极反应、正极和粘结剂反应以及正极分解反应中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述耦合的方式为，各模型被同时进行求解，各模型之间的关联参数因实时传递被同时对应。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池电化学-热-力-短路-热失控耦合模型，其特征在于，所述电化学模型、热模型、力学模型、短路模型以及热失控副反应模型共用同一几何或单独建立相应几何；具体的，电化学模型几何采用一维，热模型、力学模型和短路模型的几何使用一维、二维或三维中的一种或多种，热失控副反应模型的几何采用集总。