本发明涉及电池测试，具体来说，涉及一种锂离子电池热失控多相射流建模方法。
背景技术：
1、目前锂离子电池被广泛应用在便携电子设备，电动汽车以及储能电站等重要领域，然而频发的事故使得锂离子电池的应用场景受到限制。
2、锂离子电池热失控热失控喷发物是一个多相共存的混合物，其中包含电芯热失控产气、电解液蒸气、固体颗粒等复杂的气固成分。相间作用对热失控射流危害程度有重要影响。气体射流尽管速度更快，整体产生质量较多，但是因为密度很低，所以带来的动量冲击非常小。而固体颗粒则不同，它们的密度更大，是主要的动量冲击来源。在相当多的实际情形中，气体会快速向环境中散热，但是电池内部的高温固体颗粒会粘附在挡板底部。高温颗粒达到1000℃以上，挡板会因此产生相当大的热应力，甚至出现形变和破坏。
3、而目前对于电池热失控多相射流的特征少有研究。采用传统的实验方法对锂离子电池热失控研究会耗费大量的人力物力财力以及时间。
技术实现思路
1、1.发明要解决的技术问题
2、本发明提供了一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，对锂离子电池热失控燃烧多相流的物性参数、流场初边值条件建模，并且通过实验进行模型验证以及参数校正，进而研究了多相射流火对电池包上方盖板的影响。
3、2.技术方案
4、为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
5、本发明的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其步骤为：
6、s1、测量锂离子电池在热失控状态下多相射流的各相成分，确定热失控产物中气体和固体的组分及质量分数，以及气体、固体的物性参数；同时测量锂离子电池热失控多相射流流场，即确定热失控过程中电池泄压阀口的温度和压力；将多相射流的各相成分和多项射流流场作为模型待输入的初边值条件；
7、s2、根据步骤s1获得的参数，建立锂离子电池热失控多相射流模型；
8、s3、根据步骤s2获得的锂离子电池热失控多相射流模型，建立涵盖上方挡板固体域的流固耦合模型；
9、s4、进行锂离子电池热失控射流对挡板的冲击实验，将获得的实验数据与流固耦合模型获得的动量冲击数据进行对比，对锂离子电池热失控多相射流模型进行验证和校正。本发明对锂离子电池在热失控状态下的多项射流进行建模，方便对电池热失控进行研究，能够根据模型任意改变工况及参数，减少周期并提高效率。
10、作为本发明更进一步地改进，所述步骤s1中，测量锂离子电池热失控多相射流各相成分步骤如下：
11、s111、将密闭舱体抽至负压，再充入惰性气体形成无氧氛围；
12、s112、将锂离子电池电芯与加热片固定，并在电芯极耳处连接电压测量设备；同时在电芯表面等距设置若干测温仪，加热片上也设置测温仪；
13、s113、将电芯加热至热失控状态，维持一段时间后，结束实验，对密闭舱体内气体进行采样；气体采样完成后，对密闭舱体内粉尘进行采样；
14、s114、利用气相色谱仪分析采样的气体，获取锂离子电池热失控状态下气体的组分、质量分数及物性参数；
15、s115、对于采样的粉尘进行称重、筛分和sem、eds测试，获得电芯粉末元素组成，获取锂离子电池热失控状态下固体的组分、质量分数及物性参数。本发明通过实际实验获得电池的具体参数，进而根据实际参数作为模型的初边值，能够准确反应电池热失控状态，确保模型的真实性。同时利用气相色谱仪分析气体的相关参数，并对固体进行筛分并测试，进一步的保证所得电池热失控产物的准确性，从而更进一步地保证了模型的真实性和准确度。
16、作为本发明更进一步地改进，所述步骤s1中，测量锂离子电池热失控多相射流流场步骤为利用neware电池循环仪，通过恒流恒压的充电方法将电池充至100％soc荷电状态，对电池进行加热触发的热失控试验，测量热失控射流火焰温度和电池泄压阀阀口温度变化，并测量电池泄压阀口压力变化。本发明将电池通过横流恒压的充电方法充至100％soc荷电状态，保证了电池在进行热失控实验前的稳定，极大程度的减少实验前其他因素的干扰，尽量减少实验误差对电池成分的影响，同时减小对后续建模的影响。
17、作为本发明更进一步地改进，所述步骤s2中，锂离子电池热失控多相射流模型包括三维可压缩流非预混燃烧模型和基于dem方法的惰性颗粒多相流模型。本发明根据电池射流的可压缩气体射流火和固体颗粒多相流两部分分别设计模型，确保模型的准确性。
18、作为本发明更进一步地改进，所述的三维可压缩流非预混燃烧模型为根据电池热失控产气组分并考虑电池热失控时泄压阀阀口温度和压力进行建立。所述的三维可压缩流非预混燃烧模型为标量守恒的非预混燃烧模型，流动n-s方程采用rng-rans模化。本发明在建立模型时就考虑到其初边值，减少了后续计算上的误差。
19、作为本发明更进一步地改进，所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型通过离散元方法计算颗粒受力和传热，从而建立颗粒-流体、流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的三向耦合模型。所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型在颗粒多相流与流动模型之间搭建了双向耦合，在颗粒与颗粒之间搭建双向耦合，主要包括动量耦合、能量耦合，而不考虑质量耦合。所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型中，颗粒轨迹方程采用欧拉-拉格朗日方法，对颗粒的受力方程进行积分，采取时间隐式格式；颗粒与颗粒之间的碰撞采用dem方法；并在接触模型上选用hertz-mindlin with jkr模型；颗粒曳力系数按非球形颗粒经验公式取。本发明通过建立三向耦合模型，将流体和颗粒进行耦合，从而精确模拟电池热失控时固体喷射情况。
20、作为本发明更进一步地改进，所述步骤s3中，基于ansys mechanical 2021r1建立涵盖上方挡板固体域的流固耦合模型；所述步骤s4中，对锂离子电池进行热失控实验，通过传感器测量测量挡板受力，并通过测温设备测量挡板受热，根据测量参数与流固耦合模型进行比对，从而对模型锂离子电池热失控多相射流模型进行校正。本发明通过实际实验对模型进行验证，通过实际参数对模型进行校正，更进一步的确保模型的准确和真实。
21、3.有益效果
22、采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
23、本发明的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，先根据实际实验获取电池热失控状态下多相射流的具体参数，根据多相射流中的实际产物分别建模，再将模型进行模拟，并与实际实验的数据进行对比并校正模型参数，从而建立锂离子电池的热失控多相射流模型，只需制备少量的所需电池进行模型的验证，在此基础上通过模拟的方法进行电池热失控多相射流危害性的研究，从而方便对电池热失控进行研究，能够根据模型任意改变工况及参数，减少实验周期并提高了实验效率。
1.一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，其步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述步骤s1中，测量锂离子电池热失控多相射流各相成分步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述步骤s1中，测量锂离子电池热失控多相射流流场步骤为利用neware电池循环仪，通过恒流恒压的充电方法将电池充至100％soc荷电状态，对电池进行加热触发的热失控试验，测量热失控射流火焰温度和电池泄压阀阀口温度变化，并测量电池泄压阀口压力变化。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述步骤s2中，锂离子电池热失控多相射流模型包括三维可压缩流非预混燃烧模型和基于dem方法的惰性颗粒多相流模型。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述的三维可压缩流非预混燃烧模型为根据电池热失控产气组分并考虑电池热失控时泄压阀阀口温度和压力进行建立。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述的三维可压缩流非预混燃烧模型为标量守恒的非预混燃烧模型，流动n-s方程采用rng-rans模化。
7.根据权利要求4所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型通过离散元方法计算颗粒受力和传热，从而建立颗粒-流体、流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的三向耦合模型。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型在颗粒多相流与流动模型之间搭建了双向耦合，在颗粒与颗粒之间搭建双向耦合，主要包括动量耦合、能量耦合，而不考虑质量耦合。
9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述的基于dem方法的惰性颗粒多相流模型中，颗粒轨迹方程采用欧拉-拉格朗日方法，对颗粒的受力方程进行积分，采取时间隐式格式；颗粒与颗粒之间的碰撞采用dem方法；并在接触模型上选用hertz-mindlin with jkr模型；颗粒曳力系数按非球形颗粒经验公式取。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种锂离子电池热失控多相射流建模方法，其特征在于，所述步骤s3中，基于ansys mechanical2021r1建立涵盖上方挡板固体域的流固耦合模型；所述步骤s4中，对锂离子电池进行热失控实验，通过传感器测量测量挡板受力，并通过测温设备测量挡板受热，根据测量参数与流固耦合模型进行比对，从而对模型锂离子电池热失控多相射流模型进行校正。
