[发明专利]多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法

权利要求书

1.一种多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，包括步骤：

S1：建立一维锂电池模型；

S2：对所述一维锂电池模型进行行驶工况下电流分析，采集获得载荷信号；

S3：对所述载荷信号进行应力谱信号的预处理，获得预处理信号；

S4：确定所述一维锂电池模型的电化学、层流和固体的热耦合方程；

S5：确立所述一维锂电池模型的容量衰减计算方程。

2.根据权利要求1所述的多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述一维锂电池模型的电极活性材料为一固定半径的球形颗粒，所述一维锂电池模型的电化学模型采用基于离子电荷守恒和物质守恒多孔电极模型；根据二元1:1电解质方程对离子电荷守恒和物质守恒进行建模；采用菲克扩散描述所述球形颗粒内的物质输运，在球坐标系下使用扩散方程描述所述球形颗粒内的锂离子输运；电荷守恒包括固相电荷守恒和液相离子电荷守恒，根据欧姆定律计算电子电荷守恒，根据浓溶液理论计算离子电荷守恒；对锂电池进行一维的尺度上的建模，并将所述锂电池分为负极、隔膜和正极三部分。

3.根据权利要求1所述的多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，其特征在于，所述S2步骤中，根据《GBT 31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》国标中主放电工况作为行驶工况的放电电流。

4.根据权利要求1所述的多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，其特征在于，所述S3步骤中，通过Ncode软件对所述载荷信号进行异常值剔除和信号去噪的预处理。

5.根据权利要求1所述的多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述电化学、层流和固体的热耦合方程包括温度导数方程、可逆热方程、对流传热方程和隔膜的锂离子电导率方程；

所述温度导数方程为：

其中，Δ_rH_m表示可逆电池摩尔吉布斯-亥姆霍兹自由能的变化；z表示变化数目，F表示法拉第常数，E表示电势，T表示电池温度，表示电池电动势的温度导数；

所述可逆热方程包括一热源表达式：

其中，W表示热源，Q表示热量，V表示体积，t表示时间，n表示n mol的物质，

所述对流传热方程为：

其中，ρ表示对流密度，C_p表示传热系数，t表示时间，u表示通量，表示温度的向后差分，表示对流热，Q_ted表示附加热源；

法向方向上的第一电极材料导热系数表达式为：

其中，k_r表示法向热导率，L_batt表示电池厚度，L_pos表示正极厚度，kT_pos表示正极材料的导热系数，L_neg表示负极厚度，kT_neg表示负极材料的导热系数，L_pos_cc表示正极集流体厚度，kT_pos_cc表示正极集流体导热系数，L_neg_cc表示负极集流体厚度，kT_neg_cc表示负极集流体导热系数，L_sep表示膜片厚度，kT_sep表示负极材料的导热系数；

切向方向上的第二电极材料导热系数表达式为：

其中，k_t表示切向热导率；

所述隔膜的锂离子电导率方程为：

其中，κ表示隔膜中锂离子电导率大小，κ₁表示初始电导率，ε_d表示坍塌区应变，α表示反应转化系数，ε_el表示塑性形变区应变；χ_el表示塑性形变的比例，χ_d表示坍塌形变的比例，ε表示应变，ε_max表示应变最大值。

在考虑随机外应力的行驶工况下，所述隔膜的锂离子电导率方程为：

κ_t＝κ₂(1+ε_t)；0≤ε_t＜ε_el (7)；

其中，κ_t表示随时间变化的锂离子电导率，κ₂表示初始电导率，ε_t表示随时间变化的应变；

根据公式(6)确定随时间变化的锂离子电导率，采用三次样条插值，获得电池模型中锂离子电导率变化。

6.根据权利要求1所述的多场耦合下的锂电池容量衰减计算方法，其特征在于，所述S5步骤中，所述容量衰减计算方程包括一SEI生成反应式：

(τ+1)S+Li⁺+e^-+(τ-1)Li(s)→τP_SEI (8)；

其中，τ表示时间加速因子，S表示负极材料，Li⁺表示锂离子，e^-表示电子，L_i(s)表示活性物质，P_SEI表示SEI膜的生成量。