[发明专利]多层叠片结构锂离子电池的内部分布特征仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种多层叠片结构锂离子电池的内部分布特征仿真分析方法，包括步骤：S1、建立锂离子电池数据库；S2、建立多层叠片结构锂离子电池几何模型；S3、建立锂离子电池电化学及热效应数值模型；S4、构建基于有限元数值方法的数值求解算法；S5、计算并输出锂离子电池内部分布特征，并生成电池内部分布特征图像。本发明实施例所提供的一种多层叠片结构锂离子电池的内部分布特征仿真分析方法，实现了电池内部特征的动态仿真与预测，在不损伤电池的情况下，高效预估电池分布特征，并有效降低电池设计成本和缩短设计周期。

技术领域

本发明涉及电池特征分析技术领域，尤其涉及一种多层叠片结构锂离子电池的内部分布特征仿真分析方法。

背景技术

锂离子电池凭借其高能量密度、高功率密度以及较好的循环特性等突出优点，应用促进了混合电动车和电动车的快速发展。反过来，电动车和混合电动的发展促进了锂离子电池往单体大型化的趋势发展。

然而随着电池单体的大型化，电池的不均匀性也呈现出增大的趋势。不均匀性不仅包括电池单体间的不均匀性还包括电池单体内部的不均匀性。

单体之间的不均匀性主要指电池组的离散现象，主要表现为各电池的内阻、电压、容量以及荷电状态等性质的不一致，该情况会造成某个单体电池长期处于过充或过放的状态，不但会缩短电池的使用寿命，还可能导致电池燃烧、爆炸等安全事故。

单体内部的不均匀性主要指电池极片上的电化学反应速率、电流密度、荷电状态以及电解液浓度等性质的非均匀性分布。该不均匀性最大的危害是造成极片上各点理化性质的不均，例如极片应力分布，温度分布等，在长期的循环过程中，致使活性物质脱落，从而造成电池容量的衰减。

对于这两种不均匀性而言，单体之间的不均匀性可以通过电池的全自动化生产和电源管理系统的均衡模块进行消除或降低；而对于单体内部的不均匀性，由于电池的封装密闭特性，因此其内部不均匀性难以运用实验方法进行表征和评判。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种多层叠片结构锂离子电池的内部分布特征仿真分析方法，该方法包括步骤：

S1、建立锂离子电池数据库；

S2、建立多层叠片结构锂离子电池几何模型；

S3、建立锂离子电池电化学及热效应数值模型；

S4、构建基于有限元数值方法的数值求解算法；

S5、计算并输出锂离子电池内部分布特征，并生成电池内部分布特征图像。

进一步地，所述多层叠片结构锂离子电池为由隔膜、第一负极活性物质、铜箔、第二负极活性物质、第一正极活性物质、铝箔和第二正极活性物质组成的电芯实体。

进一步地，步骤S1中，建立锂离子电池数据库包括：

S11、获取锂离子电池材料参数；

S12、根据获取的锂离子电池材料参数，获取对应的参数函数。

进一步地，步骤S2中，建立多层叠片结构锂离子电池几何模型包括：

S21、获取多层叠片结构锂离子电池的尺寸特征；

S22、根据获取的锂离子电池尺寸特征，建立多层叠片结构锂离子电池几何模型。

进一步地，步骤S3中，建立锂离子电池电化学及热效应数值模型包括：

S31、构建锂离子在活性物质和电解液中的传质方程；

S32、构建电子在电池内部分布的微分方程；

S33、构建热量在电池内部传输的传热微分方程；