一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法与流程

本发明属于电池的，具体涉及一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法。

背景技术：

1、锂电池因具有能量密度高，循环性能好，无记忆效应等特点而被广泛应用，为提升其安全性，安全电芯逐渐受到人们的青睐。但客户一般要求在项目开案前能够对安全电芯的充电性能给出评估，例如充电速度、充电温升、循环后的充电温升等。

2、然而，现有的电化学仿真方法仅适用于常规电芯的建模评估，由于其不能有效地划分安全涂层的物理场及其材料属性的定义，因此并不适用于安全电芯的建模评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其建立的带有安全底涂的长条三维几何模型，解决安全底涂在物理场中无法描述的问题，提高预测的电芯的充电性能的准确性和模型的精确度。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，包括以下步骤：

4、s1：提供安全电芯作为建模依据，所述安全电芯包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片包括沿厚度方向依次分布的正极集流体、安全底涂层和正极活性物质涂层，所述负极片包括沿厚度方向依次分布的负极集流体和负极活性物质涂层；

5、s2、根据所述安全电芯的各结构层的厚度、宽度和长度，绘制等效的长条三维几何模型；

6、s3、对s2所构建的长条三维几何模型输入主材的材料属性，针对所述安全底涂层创建空材料，输入所述安全底涂的基本属性，构建模型电芯；

7、s4、将所述模型电芯的正极集流体、负极集流体和安全底涂层归为一个整体，对所述整体施加电极物理场，对所述模型电芯的正极活性物质涂层和负极活性物质涂层分别施加多孔电极物理场，对所述模型电芯的隔膜施加隔膜物理场，对所述模型电芯进行充电，基于具有电化学仿真模块的软件计算充电性能；

8、s5、将s4的计算结果与实体电芯的实验测试结果进行比对，对所述模型电芯中所述安全底涂层的参数进行调整，使所述模型电芯的充电性能与实体电芯的实验测试结果相符。

9、本领域技术人员应理解，所述安全底涂层是指涂覆于正极活性涂层和正极集流体之间的，用于提高安全性(例如防止内短路产热过高、提升针刺通过率等)的涂层。

10、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述步骤s2中，所述安全底涂层的基本属性包括电导率。

11、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述主材的材料属性包括正极活性物质的固相体积分数、负极活性物质的固相体积分数、正极活性物质的颗粒半径、负极活性物质的颗粒半径、以及电芯的充电初始状态，所述固相体积分数为极片中活性物质的体积占极片总体积的百分数，所述充电初始状态为充电开始时正负极片中的锂离子浓度。

12、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述正极片和所述负极片分别设置有正极极耳和负极极耳，在对所述模型电芯进行充电时，充电电流施加于所述正极极耳末端，所述负极极耳末端接地。

13、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述计算结果与实体电芯的实验测试结果进行比对的方式为：绘制实验测试数据与仿真数据的电压与时间的折线关系图、以及温度与时间的折线关系图。

14、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述充电性能包括充电速度。

15、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述步骤s5的相符标准包括：充电速度的仿真结果与实验测试结果之间的误差不超过5％。

16、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述充电性能包括充电温升。

17、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，所述步骤s5的相符标准包括：温升的仿真结果与实验测试结果之间的误差不超过2℃。

18、作为本发明所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法的一种改进，模型电芯的充电方法为：根据所提供的充电制式，设置充电电流的偏微分方程，通过事件控制电芯的充电过程。

19、优选地，偏微分方程为：cc_ch1×(i1-icell)+cc_ch2×(i2-icell)+cc_ch3×(i3-icell)+cv_ch3×(e3-ecell)＝0；其中，i1、i2和i3均为预设电流，e3为预设电压，icell为电池充电电流，ecell为电池电压，cc_ch1、cc_ch2、cc_ch3和cv_ch3均为控制符，控制符取0或1。

20、优选地，事件控制的具体操作为：当电压达到目标电压时，设置对应控制符为1，其他控制符为0，则此时为对应预设电流的恒流充电阶段，直到充电至下一目标电压。

21、本发明的有益效果在于：本发明建立的带有安全底涂的长条三维几何模型将安全底涂与正负极集流体合归为一体并赋予其物理场，解决了安全底涂在物理场中无法描述的问题，提高长条三维几何模型的准确性，进而提高预测安全电芯充电性能的准确性；本方法通过设置具有安全底涂的电芯的物理场以及对比实验结果进行对安全底涂材料参数的调整，即可得到准确性高的长条三维几何模型，且整个过程中只需要考虑安全底涂的材料参数，极大降低了调整参数的工作量，同时还原了安全电芯的几何结构，提升了预测安全电芯充电性能的长条三维几何模型的精准度，进而得到准确性强的电芯充电性能。

技术特征：

1.一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述安全底涂层(2)的基本属性包括电导率。

3.如权利要求1所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述主材的材料属性包括正极活性物质的固相体积分数、负极活性物质的固相体积分数、正极活性物质的颗粒半径、负极活性物质的颗粒半径、以及电芯的充电初始状态，所述固相体积分数为极片中活性物质的体积占极片总体积的百分数，所述充电初始状态为充电开始时正负极片中的锂离子浓度。

4.如权利要求1所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述正极片(7)和所述负极片(8)分别设置有正极极耳(71)和负极极耳(81)，在对所述模型电芯进行充电时，充电电流施加于所述正极极耳(71)末端，所述负极极耳(81)末端接地。

5.如权利要求1所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述计算结果与实体电芯的实验测试结果进行比对的方式为：绘制实验测试数据与仿真数据的电压与时间的折线关系图、以及温度与时间的折线关系图。

6.如权利要求1所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述充电性能包括充电速度。

7.如权利要求6所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，步骤s5的相符标准包括：充电速度的仿真结果与实验测试结果之间的误差不超过5％。

8.如权利要求1或6所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，所述充电性能包括充电温升。

9.如权利要求8所述的预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，其特征在于，步骤s5的相符标准包括：温升的仿真结果与实验测试结果之间的误差不超过2℃。

技术总结
本发明属于电池的技术领域，具体涉及一种预测安全电芯充电性能的仿真模型建立方法，包括以下步骤，S1：提供安全电芯作为建模依据，所述安全电芯包括正极片、负极片和隔膜；S2、根据所述安全电芯的参数，绘制等效的长条三维几何模型；3、对S2所构建的长条三维几何模型输入主材的材料属性，针对安全底涂层创建空材料并输入基本属性；S4、对模型电芯赋予物理场并进行充电，基于软件计算充电性能；S5、将S4的计算结果与实体电芯的实验测试结果进行比对，对所述安全底涂层的参数进行调整，使其充电性能与实验测试结果相符。本发明建立的带有安全底涂的长条三维几何模型，能够精确预测安全电芯的性能。

技术研发人员：任玉刚,李文杰,吴声本,郑明清
受保护的技术使用者：浙江锂威能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15