电池热失控仿真分析方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及电池，尤其涉及一种电池热失控仿真分析方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着电动汽车的飞速发展和快速普及，电动汽车动力电池的安全性也受到了越来越多的关注。由于动力电池的化学性质比较活泼，因此在机械滥用、电滥用及热滥用下容易产生热失控状况，易引发电池包的热扩散，对电动汽车及人员安全造成严重伤害，为了阻止整包级动力电池中的各模组间、各电芯之间的热蔓延，电动汽车动力电池布置有热失控防护措施。而动力电池作为电动汽车重要组成部件，对其安全性的研究具有重要意义，因此需要对动力电池热失控进行评估分析，进而指导热失控防护设计方案的优化，提升整车的安全性。

2、在相关技术中，分析动力电池热失控的方法有试验法和仿真分析法，在中国专利cn113917344a中，公开了一种动力电池热失控试验防护方法、动力电池装置及系统，通过在动力电池起火后控制灭火，并获取动力电池热失控试验完成工况，进行动力电池热失控分析，降低整车的安全隐患；在中国专利cn116380770a中，公开了一种动力电池热失控测试分析方法及装置，通过以不同的预警力对电芯进行热失控实验，再在最优预警力下对敷设隔热膜的电芯进行热失控实验，进行动力电池热失控分析，针对性的对动力电池的热失控进行有效防护。但是上述的实验法中试验场景复杂、试验设备昂贵，导致试验成本较高，并且没有充分考虑动力电池的实际应用情况，对于动力电池热失控的分析测试结果的可信度低。

3、因此需要提出一种有效降低动力电池热失控分析成本，又更符合动力电池的实际应用情况，使热失控分析结果更具有可信度的动力电池热失控仿真分析方案。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明公开了一种电池热失控仿真分析方法、系统、设备及存储介质，用于解决相关技术中电池热失控分析成本高，没有高度还原电池实际使用情况，导致热失控分析结果不准确的技术问题。

3、第一方面，本技术提供了一种电池热失控仿真分析方法，所述方法包括：根据电池的组成结构搭建电池的热失控仿真模型，其中，所述仿真模型包括靶电芯模块与多个邻近电芯；先对所述靶电芯外部加热，直至所述靶电芯达到自产热起始温度后，控制所述靶电芯进行自产热直至达到热失控所对应温度为止，并记录获得所述靶电芯与各所述邻近电芯在所述靶电芯热失控前的第一温度变化趋势图以及所述靶电芯达到热失控的热失控时间；将所述靶电芯产生的热量热传递至各所述邻近电芯，监测所述靶电芯与各所述邻近电芯在热失控时间段内的第二温度变化趋势图；基于所述第一温度变化趋势图、所述第二温度变化趋势图以及所述靶电芯与所述邻近电芯的理论温度变化趋势图生成温度变化对比图；将所述温度变化对比图中靶电芯最高温度与所对应的理论最高温度、邻近电芯最高温度与所对应的理论最高温度、所述热失控时间与理论热失控时间分别比较判断仿真精度，完成电池的热失控仿真分析。

4、于本发明的一实施例中，所述根据电池的组成结构搭建电池的热失控仿真模型，包括：将所述靶电芯模块分成靶电芯、电芯内部热路单元、铝壳热路单元、加热单元与电芯自产热单元；采用铝壳包裹所述靶电芯，其中，所述铝壳与所述靶电芯具有热接触，所述铝壳的六个面形成所述铝壳热路单元，并根据所述铝壳热路单元与所述电芯内部热路单元仿真所述靶电芯与所述铝壳各面之间的热路；通过对所述加热单元进行升温以及所述铝壳与所述靶电芯之间的热接触仿真所述靶电芯的外部加热；通过电芯自产热单元对所述靶电芯进行加热仿真所述靶电芯的自产热；以所述电芯间隔热单元进行防护，确定所述邻近电芯吸收所述铝壳的热量，以仿真所述靶电芯对所述邻近电芯的热扩散。

5、于本发明的一实施例中，先对所述靶电芯外部加热，直至所述靶电芯达到自产热起始温度，包括：控制低通滤波器输出第一功率至所述ptc热容元件对所述ptc热容元件进行加热；通过所述ptc热容元件输出热流至所述铝壳，经由所述铝壳流至所述靶电芯对所述靶电芯进行加热；通过所述温度传感器实时监测所述靶电芯的第一温度，生成温度信号，并将所述温度信号传输至所述低通滤波器；所述低通滤波器读取所述温度信号获得所述第一温度，并将所述第一温度与所述自产热起始温度进行比较；若所述第一温度大于或等于所述自产热起始温度，则停止向所述ptc热容元件输出所述第一功率，若所述第一温度小于所述自产热起始温度，则继续向所述ptc热容元件输出所述第一功率直至所述靶电芯达到所述自产热起始温度。

6、于本发明的一实施例中，控制所述靶电芯进行自产热直至达到热失控所对应温度，包括：控制所述电芯自产热单元输出第二功率至所述靶电芯；实时监测所述靶电芯的第二温度，获得时间-温度曲线，并将所述时间-温度曲线转化为温度-功率曲线；将所述温度-功率曲线以插值的形式载入电芯自产热单元查表元件中获得所述第二温度所对应的靶电芯自产热功率；对所述靶电芯自产热功率进行时间上的积分，获得当前靶电芯发热量，并将所述当前靶电芯发热量与理论发热量进行比较，所述理论发热量为所述热失控引发温度所对应的靶电芯发热量；若所述当前靶电芯发热量大于或等于所述理论发热量，则停止向所述靶电芯输出所述第二功率，若所述当前靶电芯发热量小于所述理论发热量，则继续向所述靶电芯输出所述第二功率直至所述靶电芯达到热失控所对应温度。

7、于本发明的一实施例中，所述热失控仿真模型还包括端板及边框单元，其中，所述端板及边框单元包括隔热端板、端板与边框，所述隔热端板分别设置于电池多个电芯模组中由多个电芯并排设置形成的端部，用于均衡电芯模组中不同位置电芯的温度，所述端板设置于所述隔热端板的外侧，用于固定电池中多个电芯模组，所述边框设置于所述端板的外侧，用于承载电池及抵抗侧向冲击。

8、于本发明的一实施例中，所述热失控仿真模型还包括水冷单元，所述水冷单元包括热流管道元件、水冷板热容元件、冷却流道与冷却液，电池中每个电芯的铝壳都连接有一个水冷板热容元件和热流管道元件，并将各热流管道元件和各水冷板热容元件进行串联，用于仿真散热装置对电池中各电芯进行散热。

9、于本发明的一实施例中，所述水冷单元还包括热-液容器元件，所述用于仿真散热装置对电池进行散热，包括：通过所述热-液容器元件获取所述ptc热容元件的功率信号；将所述功率信号与预设阈值进行比较；若所述功率信号大于所述预设阈值，则将第一预设流量作为冷却液进口流量，若所述功率信号小于或等于所述预设阈值，则将第二预设流量作为所述冷却液进口流量，所述第一预设流量为预设的所述靶电芯热失控前冷却液的流量，所述第二预设流量为预设的所述靶电芯热失控后冷却液的流量；根据所述冷却液进口流量控制所述冷却液对电池中各电芯进行散热。

10、于本发明的一实施例中，所述靶电芯的导热系数是各向异性的，将所述靶电芯划分为多个部分，所述方法还包括：将所述靶电芯等效为多个电芯热容元件，并通过所述铝壳与所述电芯间隔热单元将各电芯热容元件与一邻近电芯连接，分别仿真所述靶电芯各部分对各自所对应的邻近电芯的热失控；根据各邻近电芯的所述邻近电芯最高温度确定所述靶电芯各部分的导热性能。

11、于本发明的一实施例中，分别将电池中不同位置的电芯作为所述靶电芯，构建不同的热失控仿真模型，所述方法还包括：记录不同位置时所述靶电芯发生热失控的所述温度变化对比图；根据各温度变化对比图分别对不同位置时所述靶电芯的热失控进行仿真分析，并确定各热失控仿真模型的仿真精度。

12、于本发明的一实施例中，所述电芯间隔热单元采用隔热材料，通过比较采用不同隔热材料的热失控仿真模型时所述邻近电芯最高温度，确定不同隔热材料阻滞热流传递的性能，制定电池热失控防护优化措施。

13、第二方面，本技术提供了一种电池热失控仿真分析系统，所述系统包括：构建模块，用于根据电池的组成结构搭建电池的热失控仿真模型，其中，所述仿真模型包括靶电芯模块与多个邻近电芯；加热模块，用于先对所述靶电芯外部加热，直至所述靶电芯达到自产热起始温度后，控制所述靶电芯进行自产热直至达到热失控所对应温度为止，并记录获得所述靶电芯与各所述邻近电芯在所述靶电芯热失控前的第一温度变化趋势图以及所述靶电芯达到热失控的热失控时间；监测模块，用于将所述靶电芯产生的热量热传递至各所述邻近电芯，监测所述靶电芯与各所述邻近电芯在热失控时间段内的第二温度变化趋势图；生成模块，用于基于所述第一温度变化趋势图、所述第二温度变化趋势图以及所述靶电芯与所述邻近电芯的理论温度变化趋势图生成温度变化对比图；分析模块，用于将所述温度变化对比图中靶电芯最高温度与所对应的理论最高温度、邻近电芯最高温度与所对应的理论最高温度、所述热失控时间与理论热失控时间分别比较判断仿真精度，完成电池的热失控仿真分析。

14、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得电子设备实现第一方面描述的电机控制器的安全状态控制方法。

15、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行第一方面描述的电机控制器的安全状态控制方法。

16、如上所述，本发明实施例提供的一种电池热失控仿真分析方法、系统、设备及存储介质，具有以下有益效果：

17、根据电池的组成结构搭建电池一维的热失控仿真模型，并根据该热失控仿真模型模拟电池中靶电芯的外部加热、内部自产热以及靶电芯对邻近电芯的热量扩散，实现对电池热失控的仿真测试，充分考虑了电池热失控过程中的各条主要热路以及电池的实际运行场景，使热失控分析结果更具有可信度，根据仿真测试获得的靶电芯与邻近电芯温度变化趋势图并结合靶电芯与邻近电芯的实际理论温度变化图生成的温度变化对比图，揭示了电池热失控过程中靶电芯与邻近电芯的温升过程，可以根据温度变化对比图判断该热失控仿真模型的仿真精度，完成电池热失控仿真分析，热失控仿真模型结构、仿真逻辑简单，减少热失控仿真周期，有效降低电池热失控分析成本，同时，根据仿真精度结果可以进行电池性能优化设计，为电池热失控防护方法及安全性设计提供可靠依据。

18、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。