[发明专利]一种卷绕式电芯三维建模方法

说明书

本发明公开了一种卷绕式电芯三维建模方法，包括以下步骤：基于极耳结构与设计参数建立卷绕式电芯三维模型；将极性相反的任一极片沿着集流体厚度方向拆分成两个部分，包括一面设置有第一活性层的第一集流体与一面设置有第二活性层的第二集流体；将拆分的第一集流体与第二集流体分别设置在未拆分的极片的第一活性层与第二活性层，得到所述卷绕式电芯三维模型，其中，第一活性层与第二活性层涂布长度不一，极性相反的活性层相对应并通过隔膜隔绝。通过将极片沿着厚度方向拆分成两个部分，第一正极活性层与第二正极活性层分别和第一负极活性层与第二负极活性层相对应并用隔膜隔绝的方式建模，使极片两面都参加反应，符合实际的卷绕式电芯设计。

发明领域

本发明属于电芯建模仿真技术领域，尤其涉及一种卷绕式电芯三维建模方法。

背景技术

电芯在电动汽车、3C等产业应用广泛，产品开发迭代速度很快，通过仿真方法来加速产品开发已经是越来越普遍。目前针对锂电池电化学仿真基本都是基于1993年Newman等人(Journal of the ElectrochemicalSociety,1993,DOI:10.1149/1.2221597)最早建立的伪二维(P2D)电化学模型，在此理论基础上去构建电芯一维/二维/三维模型。

现有的电芯三维电化学模型是叠片式设计，将极片考虑成单层涂布，且只考虑一层隔膜，而实际上卷绕式电芯有两层隔膜，通过两层隔膜将极性相反的极片隔开，同时极片的正反两面都会参加反应，因此现有的电芯三维模型与实际卷绕式电芯相差大，且计算时间长。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种卷绕式电芯三维建模方法，适用于卷绕式电芯，使用了更多的设计信息，应用场景更广泛，且计算量小。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种卷绕式电芯三维建模方法，包括以下步骤：

S1、基于极耳结构与设计参数建立所述卷绕式电芯三维模型；

S2、将集流体两面的活性物质层分别设置为第一活性层与第二活性层，所述第一活性层与所述第二活性层涂布的活性物质长度不相同；

S3、将极性相反的极片中的任一极片沿着集流体厚度方向进行对半拆分，得到一面设有所述第一活性层的第一集流体与一面设有所述第二活性层的第二集流体，另一极片不进行拆分；

S4、将拆分的所述第一集流体与所述第二集流体分别设置在未拆分的所述极片的所述第一活性层与所述第二活性层，得到所述卷绕式电芯三维模型，其中，正极片的第一正极活性层与负极片的第一负极活性层相对应并通过隔膜隔绝，第二正极活性层与第二负极活性层相对应并通过隔膜隔绝。

上述方案中，在S1中使用仿真设计软件建立模型，在S2中，针对卷绕式电芯双面涂布且正负极都参与反应的特点，参照电芯涂布设计，分别将所述极片两面的活性物质层设置成第一活性层和第二活性层，其中，所述第一活性层与所述第二活性层的长度不相同，所述正极片两面的所述活性物质层分别包括所述第一正极活性层与所述第二正极活性层；所述负极片两面的所述活性物质层分别包括所述第一负极面与所述第二负极面。在实际卷绕式电芯中，所述极片的所述第一活性层和所述第二活性层均充分参与反应，故，在S4中，将所述第一正极活性层对应所述第一负极活性层且通过所述隔膜进行隔绝，防止所述第一正极活性层对应所述第一负极活性短路，所述第二正极活性层对应所述第二负极活性层且通过所述隔膜进行隔绝，防止所述第二正极活性层对应所述第二负极活性短路。

具体的，所述极耳结构包括极耳尾置结构、极耳中置结构与多极耳结构。所述极耳尾置结构为将极耳设置在所述极片的尾部，所述极耳中置结构为将所述极耳设置在所述极片的中部，所述多极耳结构为在所述极片设置多个极耳。通过确认所述卷绕式电芯的结构能够更加准确的建模，建立的所述卷绕式电芯三维模型也能够进行更加精准的计算，减小误差，且能够使得所述卷绕式电芯三维模型满足上述三种结构，适用范围广。