一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置。该方法包括：构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，其中状态方程包含与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数；获取与锂离子电池对应的实测参数；根据与锂离子电池对应的实测参数，以及状态方程，模拟与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数曲线。通过上述方法获取的与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数曲线，可以很好的反应电池放电过程中的与之对应的性能参数的变化。而且，该结果仅是将部分实验参数与状态方程相结合而获取，而不需要经过大量的实验测试获取。操作简便，成本低。

A method and device for simulating physical and chemical change performance parameters of batteries

The invention relates to a method and a device for simulating the physical and chemical change performance parameters of a battery. The method includes: constructing the equation of state corresponding to the physical and chemical changes during the battery use, including the corresponding performance parameters with the physical and chemical changes during the battery use, obtaining the measured parameters corresponding to the lithium-ion battery, according to the measured parameters corresponding to the lithium-ion battery, and the equation of state. Simulate the performance parameter curves corresponding to the physical and chemical changes during the battery operation. The curves of performance parameters corresponding to the physical and chemical changes during battery operation obtained by the above methods can well reflect the changes of corresponding performance parameters during battery discharge. Moreover, the results are obtained only by combining some experimental parameters with the equation of state, without a large number of experimental tests. The operation is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置
本专利技术涉及电池技术处理领域，尤其涉及一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置。
技术介绍
随着能源短缺日益成为社会、经济发展制约因素，锂离子的应用日趋广泛。因此，如何快速、准确地判断电池的使用状况，评估、检测安全性，成为锂离子电池实用化的重要研究课题。其中，构建在数据积累和工作原理抽象基础上的电池数学模型是指导电池研发与应用的有效手段。目前研究和使用最为广泛的模型是参数拟合模型。其特点是通过大量的实验数据积累和一定的计算机处理，构建电池重要性能参数(电压、荷电状态等)与激励信号的映射函数关系。其主要缺点是为了获取激励信号和性能参数关系，需要进行大量的实验测试，操作繁琐而且实验数据所获取的结果有限，一旦超出实验范围，则所获取的结果将有可能不准确。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法及装置。第一方面，本专利技术提供了一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法，该方法包括：构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，其中状态方程包含与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数；获取与锂离子电池对应的实测参数；根据与锂离子电池对应的实测参数，以及状态方程，模拟与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数的曲线。本专利技术的有益效果是：通过上述方法获取的与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数曲线，可以很好的反应电池放电过程中的与之对应的性能参数的变化。而且，该结果仅是将部分实验参数与状态方程相结合而获取，而不需要经过大量的实验测试获取。操作简便，成本低。第二方面，本专利技术提供了一种电池的物理化学变化性能参数模拟装置，该装置包括：状态方程构建单元，用于构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，其中状态方程包含与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数；获取单元，用于获取与锂离子电池对应的实测参数；处理单元，用于根据与锂离子电池对应的实测参数，以及状态方程，模拟与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数的曲线。本专利技术的有益效果是：通过上述装置获取的与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数曲线，可以很好的反应电池放电过程中的与之对应的性能参数的变化。而且，该结果仅是将部分实验参数与状态方程相结合而获取，而不需要经过大量的实验测试获取。操作简便，成本低。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法流程示意图；图2为本专利技术提供的圆柱型锂离子电池结构抽象示意图；图3本专利技术提供的锂离子电池准二维模型构建示意图；图4为利用本专利技术的方法实现的某公司14450型号圆柱型磷酸亚铁锂锂离子电池放电曲线模拟示意图；图5为某公司14450型号圆柱型磷酸亚铁锂锂离子电池放电温升曲线模拟示意图；图6为利用本专利技术的方法实现的某公司14450型号圆柱型磷酸亚铁锂锂离子电池放电过程电解液内锂离子浓度模拟示意图；图7为利用本专利技术的方法实现的某公司14450型号圆柱型磷酸亚铁锂锂离子电池放电过程正极内锂离子浓度模拟示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种电池的物理化学变化性能参数模拟装置结构示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。图1为本专利技术实施例提供的一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：步骤110，构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程。步骤120，获取的与锂离子电池对应的实测参数。具体的，实测参数可以包括实验测试参数、制造工艺参数以及电芯特性参数等。实验测试参数可以为电池不同温度、SOC状态下的内阻数值，这些内阻数值可以采用GITT方法进行测试。制造工艺参数主要包括电池高度、直径、质量、隔膜厚度、涂覆厚度等。电芯材料特性参数主要包括电化学反应常数、锂离子表观扩散系数等。步骤130，根据与锂离子电池对应的实测参数，以及状态方程，模拟与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数的曲线。可选的，在一个具体的例子中，例如电池使用过程中物理化学变化至少包括：固相传质、液相传质、传热反应、电极极化反应以及电化学反应。那么，数学方程式则是选择与这些电化学反应对应的方程式。例如，在构建与固相传质对应的状态方程式时，基于活性材料为均匀球形的假设，锂离子在固相传质时的扩散可以直接采用菲克第二定律对应的数学公式、与电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数以及预先获取的与锂离子对应的实测参数等相结合构建固相传质的状态方程。而其他的状态方程，同样是通过类似的方式构建。具体将在下文进行详细介绍。可选的，在构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程时，从原理角度而言，电池使用过程中物理化学变化过程中对应的性能参数作为未知数，与时间、空间的变化是连续且可逆的，也即对应一定的映射关系。这一映射关系的本质在于各性能参数在锂离子电池放电过程中互相耦合的特性，根据微积分的原理对这一映射关系进行定量的数学描述得到函数表达式，即完成状态方程的构建。依据锂离子电池放电过程中发生的真实变化：锂离子的正极嵌入和负极脱嵌均在固态的正负极材料中完成，对应构建描述锂离子在正负极材料中浓度随时间、位置变化的偏微分方程；锂离子从负极到正极的移动过程，对应构建描述锂离子在电解液中浓度随时间、位置变化的偏微分方程；在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等量电子的嵌入和脱嵌，采用Budm-Volmer方程描述这一变化的过程动力学；化学变化进行的同时伴随着热量的产生与传递，因此温度随时间、位置变化的函数关系用非稳态热传导方程描述。前述各过程不断进行，锂离子电池的正负极之间产生电势差，在一定范围内可以向外部提供稳定的电压输出，即电压输出的函数方程。从具体执行的步骤角度(数学方程建立角度)而言，具体可以包括：步骤1101，根据锂离子电池三维结构模型沿径向方向建立二维坐标系，确定锂离子电池三维结构模型中的每一个结构单元的参数分别在二维坐标系中的坐标值。具体的，锂离子电池三维结构模型实际就是锂离子电池的实体结构。锂离子电池整体构成为：正、负极浆料分别涂覆于集流体上，电芯由正极、隔膜、负极紧密卷绕后充入电解液、封装而成。在电池径向方向上可以依次按照集流体、负极、隔膜、正极、集流体的结构单元循环排列，如附图2所示。对于一个圆柱型电池，如图2a所示,可以抽象为图2b的重复结构单元进行卷绕。其内主要物质组成如图2c所示，即为最小重复结构单元。每一个最小的重复结构单元均是包含了集流体、负极、隔膜、正极和集流体。而根据锂离子电池三维结构模型沿径向方向建立二维坐标系，实际就是将电池内部重复结构单元由卷绕方式拉直，然后以预设点为坐标原点，构建一个二维坐标系。进一步可选的，锂离子电池三维结构模型沿径向方向展开后，依次划分为：正极区域、隔膜和负极区域。如图3所示，图3中实际描述出了某一个重复结构单元中正负活性材料相互分离的结构示意图。也既是锂离子阳极和阴极分离的结构示意图，如图3a所示。将图中阳极区域作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法，其特征在于，所述方法包括：构建与锂离子电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，其中所述状态方程包含与所述电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数；获取与锂离子电池对应的实测参数；根据所述与锂离子电池对应的实测参数，以及所述状态方程，模拟与所述电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数的曲线。

【技术特征摘要】
1.一种电池的物理化学变化性能参数模拟方法，其特征在于，所述方法包括：构建与锂离子电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，其中所述状态方程包含与所述电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数；获取与锂离子电池对应的实测参数；根据所述与锂离子电池对应的实测参数，以及所述状态方程，模拟与所述电池使用过程中物理化学变化对应的性能参数的曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建与电池使用过程中物理化学变化对应的状态方程，具体包括：根据所述锂离子电池三维结构模型沿径向方向建立二维坐标系，并确定所述锂离子电池三维结构模型中的参数在所述二维坐标系中的坐标值；根据所述坐标值以及与所述电池使用过程中物理化学变化对应的数学方程，获取所述状态方程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池三维结构模型沿径向方向展开后，依次划分为：正极区域、隔膜和负极区域，所述正极区域和所述负极区域均包括均匀球状的活性材料；所述根据所述锂离子电池三维结构模型沿径向方向建立二维坐标系，并确定所述锂离子电池三维结构模型中的参数在所述二维坐标系中的坐标值，具体包括：以所述正极区域中预设点作为原点，以所述锂离子电池径向方向为横坐标，时间轴为纵坐标，建立第一二维坐标系；以及，以所述锂离子径向方向为横坐标，以所述锂离子电池正极区域中或所述负极区域中的活性材料的垂直于所述锂离子径向方向的直径方向为纵坐标，建立第二二维坐标系；确定所述锂离子电池三维结构模型中的参数在所述第一二维坐标系中的坐标值；或确定所述锂离子电池三维结构模型中的参数在所述第二二维坐标系中的坐标值。4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，电池使用过程中物理化学变化至少包括：固相传质、液相传质、传热反应、电极极化反应以及电化学反应。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池三维结构模型包括多个重复的结构单元，每个结构单元所包括的参数为：集流体、负极、隔膜、正极和集流体；所述确定所述锂离子电池三维结构模型中的参数在所述第一二维坐标系中的坐标值，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冠宇，张锐，冯丽娟，杨槐，
申请(专利权)人：北京普莱德新能源电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11