[发明专利]软包锂离子电池封装应力的预测方法

说明书

本申请属于力学设计领域，提供一种软包锂离子电池封装应力的预测方法，包括五个步骤：步骤一、确定电池温度剖面；步骤二、确定电芯产气模型；步骤三、确定封装力学性能退化模型；步骤四、确定封装应力模型；步骤五、预测封装应力。本发明改进了目前只有封装安全性实验测试方法的情况，考虑了随时间变化软包锂离子电池产气量增加、封装材料性能退化、体积增加等现象，使求得的应力值成为随时间变化的曲线，可以对不同时刻的应力值进行预测，为软包锂离子电池的力学设计提供有力的支撑。

技术领域

本申请属于力学设计领域，具体地涉及一种软包锂离子电池封装应力的预测方法。

背景技术

锂离子电池力学设计一般指通过历史信息和工程经验，设计锂离子电池的形状、结构及封装材料，以满足各种用户需求。准确的进行锂离子电池的力学设计，在设计方案的改进、可行性分析、寿命周期成本估计、维修保障计划安排等方面有着非常重要的作用。

传统的锂离子电池力学设计方法主要采用保护壳设计和裸装实验验证的方法。该方法根据锂离子电池的安装环境设计保护壳，将锂离子电池放入其中并固定，由保护壳承担大部分力学载荷。同时，对裸装锂离子电池进行压力测试等力学测试，验证锂离子电池在极端情况下的安全性。但是，传统的力学设计方法没有考虑到在使用过程中锂离子电池内部变化造成的封装应力增加，也没有对封装进行定量化的力学设计。此外，软包锂离子电池因包装材质不同导致的受力方式变化在传统设计方法中完全没有考虑。

基于该现状，本发明将锂离子电池电芯产气模型、封装材料退化模型引入到锂离子电池力学设计中，同时开发了胀气软包锂离子电池体积预测方法。建立了软包锂离子电池在全寿命周期内封装应力的预测方法，考虑了在软包锂离子电池使用过程中内部气体量增加、封装材料力学性能退化和体积变化的协同作用，能够预测电池在使用过程中封装应力的变化趋势，为软包锂离子电池的力学设计提供有力的支撑。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种软包锂离子电池封装应力的预测方法，考虑了在软包锂离子电池使用过程中内部气体量增加、封装材料力学性能退化和体积变化的协同作用，能够预测电池在使用过程中封装应力的变化趋势。

本发明的技术方案如下：

一种软包锂离子电池封装应力的预测方法，其步骤如下：

步骤一、确定电池温度剖面，根据所述电池使用环境及用户使用历史数据，确定所述电池在使用过程中经历的温度剖面；

步骤二、确定电芯产气模型，根据所述电池的电芯反应体系，电解液成分、添加剂成分及反应规模，结合实验数据，确定所述电池内部产气速率随温度变化的关系式，根据所述电池温度剖面确定封装内部气体量随时间增加的关系式；

步骤三、确定封装力学性能退化模型，根据所述电池的封装材料、工艺特征，结合实验数据，确定所述封装力学性能参数退化速率随温度变化的关系式，根据所述电池温度剖面确定所述封装力学性能随时间下降的关系式；

步骤四、确定封装应力模型，根据获得封装的应力分布，改变封装内部压强与封装材料参数进行仿真，寻找封装薄弱部位作为研究点并提取其封装应力，拟合得到所述研究点的封装应力与封装内部压强、封装材料参数的关系式，及封装增加体积与封装内部压强、封装材料参数的关系式；

步骤五、预测封装应力，针对每个预测时间点，联立理想气体方程与所述预测时间点的所述封装增加体积与封装内部压强关系式，获得所述预测时间点的封装内部压强，根据所述研究点的封装应力与封装内部压强关系式，获得所述预测时间点的所述研究点的封装应力。

优选的，步骤一中所述的确定电池在使用过程中经历的温度剖面的具体步骤为：根据相似型号软包锂离子电池历史监测数据或根据用户使用频率及产热分析计算得出的每日软包锂离子电池在不同状态下温度所占时长。