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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明涉及一种基于多物理场仿真的锂电池组热滥用安全风险评估方法，步骤包括：确定锂电池组构型与几何结构，构建面向热滥用的锂电池组多物理场仿真模型和热滥用安全评估模型，对随机参数进行抽样，开展相应的多物理场仿真与热安全性分析，获得热安全边界和热失控延滞期，并对结果进行分布拟合，基于应力强度干涉模型进行热安全风险评估。该方法同时考虑了多场多单体耦合效应和载荷工况、生产工艺水平、退化等因素引起的随机不确定性对热安全性的影响，能够准确地对锂电池组热安全性进行评估，给出热滥用安全边界及风险概率。

主权项：1.一种基于多物理场仿真的锂电池组热滥用安全风险评估方法，其特征在于：它包含以下步骤：步骤1：确定锂电池组构型与几何结构；步骤2：构建面向热滥用的锂电池组多物理场仿真模型；从电池单体和模组两个层级出发进行构建，锂电池单体的模型包括电化学模型、等效电路模型、黑箱模型及混合模型；锂电池组的多物理场耦合建模需要在电池单体模型的基础上，考虑电池单体之间的电场、热场、流场的交互影响；用串并联电路描述电池组内电场表征，构建包含热失控单体内短路的锂电池组串并联电路模型；用于描述热滥用及传热行为的锂电池热场模型则需要根据其内部的几何结构和散热情况，在能量、质量、动量守恒的基础上选择适当的模型，包括固体传热模型、基于层流、k-ε、k-ω湍流的流体动力学模型、流热耦合模型、热辐射模型；锂电池组在热滥用情况下产热机理模型不仅需要考虑电池热失控情况下材料分解的产热，还需要考虑正常充放电的产热；步骤3：构建热滥用安全风险评估模型；热滥用安全风险评估模型包括载荷工况随机性模型、电池参数随机性模型和安全风险评价模型；针对载荷工况，锂电池组的工况涉及环境温度、输出功率、运行电流，统计电池组电压、电流、温度的实测数据，利用核密度估计方法构建载荷工况的随机性模型，得到各个温度、功率、电流下的概率密度；针对电池参数，分析参数随机性主要原因，采用高斯或Weibull分布类型构建其随机性模型：利用高斯分布描述受生产工艺水平影响的电池参数，包括电池质量、初始容量、初始内阻、几何尺寸，利用Weibull分布描述使用退化导致的参数随机性，包括容量退化量、内阻增加量；针对安全风险评价，基于应力-强度干涉理论构建温度Tam、功率Pb因素联合的热安全性评价模型，其中应力为载荷工况，强度为锂电池组的热安全边界；以临界环境温度和临界使用功率作为表征电化学放热系统热失控的物理量，构建环境温度和使用功率的联合应力-强度干涉模型如下所示：RTR＝PTam＜Tam,cr,Pb＜Pb,cr其中，RTR为系统热安全的概率，Tam为环境温度，Tam,cr为系统在使用功率为Pb时的临界环境温度，以K为单位，Pb,cr为系统在环境温度为Tam时的临界使用功率，以W为单位；假设应力和强度为相互独立的随机变量，且应力和强度的概率密度函数分别为和φTam,cr,Pb,cr，则上式可以进一步表述为如下形式： 基于上述解析式，当应力和强度φ的分布已知，根据应力和强度概率密度函数曲线的干涉程度，可以获得锂电池组系统热安全概率；其中，基于单参数的概率密度函数，采用蒙特卡洛抽样获得联合概率密度函数和φTam,cr,Pb,cr；步骤4：对锂电池组随机参数进行抽样，形成仿真抽样方案；步骤5：开展多物理场仿真与分析；步骤6：开展热安全性分析，包括热安全边界分析和热失控延滞期分析，其中热安全边界分析包括临界环境温度分析、临界输出功率分析、临界运行电流分析；针对热安全边界分析，算法流程为：首先选择待分析的参数X，X可为临界环境温度、输出功率、运行电流；确定材料热失控温度，记为TTR，并设置参数X的多物理场仿真初始值；确定其他锂电池组仿真模型参数，开展多物理场仿真分析；获得锂电池组内所有电池单体中温度最大值的仿真结果，记为Tmax；判断TTR和Tmax的大小，若TmaxTTR，则根据二分法减小并更新参数X，再次开展多物理场仿真分析；若Tmax＜TTR，则进一步判断Tmax与TTR差的绝对值是否满足误差要求；如不满足，则根据二分法增大并更新参数X，继续进行多物理场仿真分析，如满足误差要求，则算法收敛并输出参数X，即为热安全临界值；步骤7：仿真结果分析与分布拟合；步骤8：热滥用安全风险分析与评估；步骤9：输出热安全性评估结果。

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