CN107729607A - 一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，包括以下步骤：S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学‑热耦合仿真，极耳位置采用电‑热耦合仿真；S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量；S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流；S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。通过在COMSOL仿真软件平台中建立100Ah磷酸铁锂大电池三维几何模型，采用电化学‑电‑热全耦合方法，计算大电池在充放电工作过程中电芯和极耳温度分布，仿真效率高，大为节约实验测量时间，同时，能方便计算出不同极耳位置设计方案的大电池的温度分布。

Description

一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法
技术领域
本发明涉及新能源和锂离子电池一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的飞速发展，整车企业对动力锂离子电池供应商提供的动力电池能量密度要求也越来越高。
2016年国家新能源汽车重大专项提出了300Wh/Kg的能量密度要求，这迫使个动力电池生产企业加强研发高容量大电池。
100Ah磷酸铁锂动力锂离子电池是高容量大电池发展的大势所趋，但大容量电池必然要求大幅提高电芯尺寸，这会严重降低电池的散热效率，不能用常规电池的产热和温度分布来衡量大电池，传统用温感线测量电池工作温度分布不仅费时费力，而且大电池因内部难以布置温感线而难以测量充放电工作过程内部温度分布。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法。
本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，包括以下步骤：
S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学-热耦合仿真，极耳位置采用电-热耦合仿真；
S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量；
S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流；
S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。
优选地，步骤S1中，电芯位置采用电化学-热耦合仿真的具体方式为：分别建立一维电化学模型和三维传热模型，将一维电化学模型热源加载到三维传热模型作为三维传热模型热源，将三维传热模型温度反馈给一维电化学模型。
优选地，步骤S4中，以I2/R作为热源计算公式进行仿真计算。
优选地，步骤S2中正、负极耳仅在电芯一边，则负极卷绕15圈，正极卷绕14圈。
优选地，步骤S3中，电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流2.38A，每个负极耳电流2.22A。
优选地，步骤S2中正、负极耳分布在电芯两边，正极耳28个，负极耳30个。
优选地，步骤S3中，放电电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流1.19A，每个负极耳电流1.11A。
优选地，步骤S3中，终端条件还包括边界对流换热系数。
优选地，初始温度298K环境中，边界对流换热系数为5W/(m2·K)。
通过明在COMSOL仿真软件平台中建立100Ah磷酸铁锂大电池三维几何模型，采用电化学-电-热全耦合方法，计算大电池在充放电工作过程中电芯和极耳温度分布，仿真效率高，大为节约实验测量时间，同时，能方便计算出不同极耳位置设计方案的大电池的温度分布。
附图说明
图1为本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法流程图；
图2为铁锂大电池xy平面二维卷绕模型示意图
图3为实施例1极耳设计方案示意图；
图4为铁锂大电池实施例1所示计方案三维几何模型示意图；
图5为实施例2极耳设计方案示意图；
图6为铁锂大电池实施例2示计方案三维几何模型示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，包括以下步骤。
S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学-热耦合仿真，极耳位置采用电-热耦合仿真。
参照图2，本步骤中，电芯三维模型在COMSOL仿真软件中建立，首先基于xy工作平面建立二维卷绕模型，再通过在z轴方向拉伸，完成电芯三维模型建立。图2所示仿真模型中，负极活性物质1和正极活性物质2以隔膜3进行隔离。
本步骤中，电芯位置采用电化学-热耦合仿真的具体方式为：分别建立一维电化学模型和三维传热模型，将一维电化学模型热源加载到三维传热模型作为三维传热模型热源，将三维传热模型温度反馈给一维电化学模型。
S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量。
S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流。具体的，终端条件还包括边界对流换热系数。本实施方式中，初始温度298K环境中，边界对流换热系数为5W/(m2·K)。
S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。本步骤中，以I2/R作为热源计算公式进行仿真计算。
本发明适用于100Ah磷酸铁锂电池电芯内部和极耳的温度仿真计算。
实际仿真过程过程中，正、负极耳数量和终端条件中各项数值的设置，与正负极耳的分布相关联。以下结合两个实施例，对步骤S2和步骤S3的关联设置进一步解释。
实施例1
参照图3、图4，本实施例中，正、负极耳仅在电芯一边，则负极卷绕15圈，正极卷绕14圈，即负极耳1A共15个，正极耳2A共14个。负极耳1A和正极耳2A均安装在电池电芯4上。本实施例中，1C放电电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流2.38A，每个负极耳电流2.22A。
实施例2
本实施例中，当正、负极耳分布在电芯两边，则设置正极耳28个，负极耳30个，即正极卷绕28圈，负极卷绕30圈，且此时，1C放电电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流1.19A，每个负极耳电流1.11A。
参照图5，本实施例中，负极活性物质1串联第一类负极耳1A和第二类负极耳1B，正极活性物质2串联第一类正极耳2A和第二类正极耳2B。第一类负极耳1A、第二类负极耳1B、第一类正极耳2A和第二类正极耳2B均安装在电池电芯4上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在仿真软件中建立电芯三维模型，电芯位置采用电化学-热耦合仿真，极耳位置采用电-热耦合仿真；
S2、根据正、负极耳分布，分别在电芯正负极绕卷设置极耳数量；
S3、在极耳上添加1C电流终端条件，终端条件包括：电流密度、正极耳电流和负极耳电流；
S4、根据热源计算公式进行仿真计算，统计充放电温度分布。
2.如权利要求1所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S1中，电芯位置采用电化学-热耦合仿真的具体方式为：分别建立一维电化学模型和三维传热模型，将一维电化学模型热源加载到三维传热模型作为三维传热模型热源，将三维传热模型温度反馈给一维电化学模型。
3.如权利要求1所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S4中，以I2/R作为热源计算公式进行仿真计算。
4.如权利要求1所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S2中正、负极耳仅在电芯一边，则负极卷绕15圈，正极卷绕14圈。
5.如权利要求4所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S3中，电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流2.38A，每个负极耳电流2.22A。
6.如权利要求1所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S2中正、负极耳分布在电芯两边，正极耳28个，负极耳30个。
7.如权利要求6所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S3中，放电电流密度19.96A/m2，每个正极耳电流1.19A，每个负极耳电流1.11A。
8.如权利要求1至7任一项所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，步骤S3中，终端条件还包括边界对流换热系数。
9.如权利要求8所述的磷酸铁锂大电芯充放电温度分布测试方法，其特征在于，初始温度298K环境中，边界对流换热系数为5W/(m2·K)。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646186A (zh) * 2018-04-19 2018-10-12 浙江大学城市学院 一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型
CN109856543A (zh) * 2018-12-20 2019-06-07 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种圆柱电池水冷设计内外温差仿真实验装置
CN113253131A (zh) * 2021-05-17 2021-08-13 蜂巢能源科技有限公司 确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备
CN113761738A (zh) * 2021-09-02 2021-12-07 惠州锂威新能源科技有限公司 一种基于仿真优化充电制度的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201387920Y (zh) * 2009-04-03 2010-01-20 温岭市恒泰电池有限公司 一种卷绕型锂电池电芯
CN202758982U (zh) * 2012-06-29 2013-02-27 东莞新能源科技有限公司 一种软包装卷绕式方形锂离子电池
CN105206888A (zh) * 2015-08-31 2015-12-30 浙江工业大学之江学院 一种锂离子电池内部温度监测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201387920Y (zh) * 2009-04-03 2010-01-20 温岭市恒泰电池有限公司 一种卷绕型锂电池电芯
CN202758982U (zh) * 2012-06-29 2013-02-27 东莞新能源科技有限公司 一种软包装卷绕式方形锂离子电池
CN105206888A (zh) * 2015-08-31 2015-12-30 浙江工业大学之江学院 一种锂离子电池内部温度监测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张立军 等: "三维锂离子单电池电化学-热耦合模型", 《电源技术》 *
李腾 等: "锂离子电池热模型研究进展", 《电源技术》 *
汤依伟: "基于电化学_热耦合模型的锂离子动力电池放电行为研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646186A (zh) * 2018-04-19 2018-10-12 浙江大学城市学院 一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型
CN108646186B (zh) * 2018-04-19 2020-06-16 浙江大学城市学院 一种基于电化学特征的单体锂离子电池三维热模型
CN109856543A (zh) * 2018-12-20 2019-06-07 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种圆柱电池水冷设计内外温差仿真实验装置
CN113253131A (zh) * 2021-05-17 2021-08-13 蜂巢能源科技有限公司 确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备
CN113253131B (zh) * 2021-05-17 2022-08-30 蜂巢能源科技股份有限公司 确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备
CN113761738A (zh) * 2021-09-02 2021-12-07 惠州锂威新能源科技有限公司 一种基于仿真优化充电制度的方法

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