(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210653292.3 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 上海电气国轩新能源科技 （南 通） 有 限公司 地址 226009 江苏省南 通市开发区和兴东 路98号 (72)发明人 吴风霞　于维珂　 (74)专利代理 机构 南通亿旸知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32578 专利代理师 丁松鹏 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) H01M 10/0525(2010.01) H01M 10/613(2014.01)H01M 10/654(2014.01) H01M 10/655(2014.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于电化学热耦合模型从电池结构方面降 低电池温升方法 (57)摘要 本发明涉及基于电化学热耦合模型从电池 结构方面降低电池温升方法。 该方法包括： 搜集 实验电池的信息； 建立实验电池的电化学 ‑热耦 合模型， 其中电化学模型采用一维模型， 热模型 采用三维模型； 利用实验电池的1C充放电曲线及 温升曲线， 修正电化学 ‑热耦合模型； 基于修正后 的电化学 ‑热耦合模型， 从电池结构方面降低电 池的温升， 具体地： 在卷芯入壳之前， 在卷芯外面 包裹一层导热性能良好的绝缘材料， 该方法使卷 芯与壳体 之间接触良好， 提高了卷芯向壳体的传 热能力， 从而降低了电池内部的温度， 该方法简 单易于实现， 成本低且降温效果明显 。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114974444 A 2022.08.30 CN 114974444 A 1.基于电化学热耦合模型从电池结构方面降低电池温升方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： （1） 搜集实验电池的信息  实验电池的信息， 包括几何信息、 设计信息、 电化学物性 参数、 热物性 参数、 实验数据； （2） 建立实验电池的电化学 ‑热耦合模型 在comsol  multiphysics5.6中， 利用锂离子电池模块与固体传热模块， 建立实验电池 的电化学 ‑热耦合模型； 其中， 电化学模型 是一维模型， 热模型 是三维模型； （3） 修正电化学 ‑热耦合模型 利用实验电池的1C充放电曲线及温升曲线， 修 正电化学 ‑热耦合模型； （4） 用步骤 （3） 修正后的电化学 ‑热耦合模型进行研究， 从电池结构方面降低电池 的温 升; 用步骤 （3） 修正后的电化学 ‑热耦合模型， 从电池结构方面降低电池的温升， 具体地： 在 卷芯入壳之前， 在卷芯外面包裹 一层导热性能良好的绝 缘材料。 2.根据权利要求1所述的基于电化学热耦合模型从电池结构方面降低电池温升方法， 其特征在于： 所述步骤 （1） 中， 几何信息包含电芯层级的几何信息， 具体地： 铜箔的厚度、 负 极单面涂层的厚度、 隔膜的厚度、 正极单面涂层的厚度、 铝箔的厚度、 正极片的长度及宽度、 正极片的总层数； 还包含电池单体层级的几何信息， 具体地： 壳体的厚度、 极耳的尺寸与位置、 极柱的尺 寸与位置、 极柱底座的尺寸与位置、 顶盖的厚度、 顶盖下方绝缘板的厚度、 连接片的尺寸与 位置； 设计信息包 含正极与负极的面密度与压实密度； 电化学物性参数包含： 正极与负极的最大嵌锂浓度、 活性颗粒半径、 固相扩散系数、 活 性比表面积、 速率常数、 曲折系数、 SOC范围、 平衡电位、 熵热系数、 电导率， 电解液的液相 扩 散系数、 离 子迁移数、 电导 率、 活度系数， 隔膜的孔隙率； 热物性参数包含： 电池的密度、 比热容、 热导 率； 实验数据包 含： 1C充放电的电流、 电压、 温度数据。 3.根据权利要求1所述的基于电化学热耦合模型从电池结构方面降低电池温升方法， 其特征在于： 所述步骤 （2） 中的电化学 ‑热耦合模型， 主要是在comsol  multiphysics5.6中， 利用锂离 子电池模块建立 一维的电化学模型， 利用固体传热模块建立 三维的热模型； 其中电化学模型与热模型间的耦合是： 通过设置两个变量Qh与  T， 并在模型输入参数 中调用这两个变量， 来实现电化学模型与热模型间参数的实时传递， 所述Qh指电化学模型 的产热， 所述  T指热模型的温度； 具体的参数传递方式为： 将电化学模型计算的产热Qh反馈 到热模型中， 作为热模型的热源输入； 将热模型计算的温度T反馈 到电化学模型中， 作为电化学模型的温度输入； 这样， 热模型的热源是实时变化的， 电化学模型的温度也是实时变化的， 即电化学模型 考虑了温度的影响， 而温度是依据电化学模型计算的产热 由热模型计算得到的， 可提高电 化学‑热耦合模型的精度。 4.根据权利要求1所述的基于电化学热耦合模型从电池结构方面降低电池温升方法，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114974444 A 2其特征在于， 步骤 （3） 修 正方式包括： （3‑1） 工况与探针的设置： 利用步骤 （2） 建立的电化学 ‑热耦合模型， 在电化学模型中设 置与实验电池一 致的工况； 根据实验电池监测温度， 监测位置为电池外表面大面的中心点， 在热模型中设置2个域 点探针， 分别为探针1和探针2， 并监测此两点处的温度， 探针1的点选择电池外表面大面的 中心点， 其与实验电池的监测位置一 致， 探针2的点选择电芯内部的几何中心点； （3‑2） 工况的计算与结果的处理： 进行计算， 计算完后， 处理仿真结果数据， 分别绘制1C 充电与1C放电的电压 ‑容量曲线， 并绘制探针1与2的温度曲线； （3‑3） 对比实验曲线， 调整模型参数， 继续计算： 把仿真结果的1C充电与1C放电的电压 ‑ 容量曲线， 与实验电池的1C充电与1C放电的电压 ‑容量曲线进 行对比， 根据仿真曲线与实验 曲线的吻合度， 对电化学模型的一些关键物性 参数进行调整； 把仿真结果探针1的温度曲线与实验的温度曲线进行对比， 对热模型的一些关键物性 参数进行调整， 之后进行计算； 如此重复此过程， 直到仿真结果的1C充电与1C放电的电压 ‑容量曲线， 与实验电池的1C 充电与1C放电的电压 ‑容量曲线的吻合度良好， 且仿 真结果探针1的温度曲线与实验的温度 曲线的吻合度良好时为止； 至此， 完成电化学 ‑热耦合模型的修 正。 5.根据权利要求1所述的基于电化学热耦合模型从电池结构方面降低电池温升方法， 其特征在于： 所述步骤 （4） 中， 从电池结构方面降低电池的温升， 主要是从热模型几何的角 度出发， 即从电池单体的几何构造出发， 结合传热学的知识， 分析电池内部温度高的原因， 进而提出解决方案； 分析方式为： 由于电池的卷芯与壳体之间有缝隙， 在仿真中， 此部分的热模型几何被赋 予空气， 在完成修正电化学热耦合模 型后， 通过观察 1C充放电曲线及温升 分布可知， 此部 分 的空气的导热性能很 差， 使得卷芯向壳体的传热受阻； 由此可知， 电池内部温度高的原因分为两种， 一方面在于电池的产 热高， 另一方面在于 电池的传热受阻； 具体的解决方案， 这里从提高电池的传热出发， 电池的卷芯与壳体之间有缝隙， 导致卷 芯的热量向壳体的传递受阻， 解决方案是在卷芯入壳之前， 在卷芯外面包裹一层导热性能 良好的绝 缘材料， 消除卷芯与壳体之间的缝隙， 这样就 提高了卷芯热量的传递； 上述导热性能良好的绝 缘材料， 不局限于导热硅胶。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114974444 A 3