一种卷绕式电芯三维建模方法技术

本发明专利技术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。实际的卷绕式电芯设计。实际的卷绕式电芯设计。

【技术实现步骤摘要】
一种卷绕式电芯三维建模方法
专利

[0001]本专利技术属于电芯建模仿真
，尤其涉及一种卷绕式电芯三维建模方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术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：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]具体的，所述设计参数包括极片厚度、涂层厚度、涂布长度、极片长度与极耳位置。通过上述设计参数的加入使得建立的所述卷绕式电芯三维模型更加接近实际的卷绕式模型，计算再充电过程中对应的电位变化，电流变化等更加准确。
[0013]具体的，所述第一活性层比所述第二活性层多涂布一圈所述活性物质。因为实际的卷绕式电芯最外一圈的所述极片裸露的一面是没有所述活性物质层，被包围的一面是有所述活性物质层，所以最外一圈部分的所述极片肯定是单面有所述活性物质层，这就导致所述极片两面的涂布长度不一致，故在建模时，将所述第一活性层相对于所述第二活性层多涂布一圈的长度，是为了使得建立的所述卷绕式电芯三维模型能够更加符合实际的卷绕式电芯。
[0014]具体的，将所述正极片沿着正极集流体厚度方向进行对半拆分，得到设置有所述第一正极活性层的所述第一正极集流体与设置有所述第二正极活性层的所述第二正极集流体，将所述卷绕式电芯三维模型沿着厚度方向由上到下依次进行绘制，包括所述第二正极集流体、所述第二正极活性层、所述隔膜、所述第二负极活性层、所述负极集流体、所述第一负极活性层、所述隔膜、所述第一正极活性层、所述第一正极集流体。实际的卷绕式电芯，通过将正极片、隔膜与负极片进行卷绕，使得正负极片两面都能够参加反应，因此通过将所述正极片沿着厚度方向进行对半拆分，使得正极片的两面都能与负极片的两面进行充分反应，符合实际的卷绕式电芯。
[0015]具体的，在上述方案的基础上，在所述卷绕式电芯三维模型的所述正极片增加底涂层，将所述正极片沿着所述正极集流体厚度方向进行对半拆分，将所述卷绕式电芯三维模型沿着厚度方向由上到下依次进行绘制，包括所述1/2底涂层、所述第二正极集流体、所述1/2底涂层、所述第二正极活性层、所述隔膜、所述第二负极活性层、所述负极集流体、所述第一负极活性层、所述隔膜、所述第一正极活性层、所述1/2底涂层、所述第一正极集流体、所述1/2底涂层。其中，因为所述正极片沿着厚度方向进行对半拆分，拆分后的所述第一正极集流体为所述正极片的一半，所以将所述底涂层也进行拆分，将所述第一正极集流体与所述第一正极活性层之间的所述底涂层拆分为所述1/2底涂层，同时将另一所述1/2底涂层设置于所述第一正极集流体的另一面，使得所述底涂层全部都设置于所述第一正极集流体表面，此外，设置于所述第二负极集流体的所述底涂层与上述理由相同，上述设置符合了实际的卷绕式电芯。
[0016]具体的，将所述负极片沿着负极集流体厚度方向进行对半拆分，得到设置有所述第二负极活性层的所述第二负极集流体与设置有所述第一负极活性层的所述第一负极集流体；将所述卷绕式电芯三维模型沿着厚度方向由上到下依次进行绘制，包括所述第二负极集流体、所述第二负极活性层、所述隔膜、所述第二正极活性层、所述正极集流体、所述第一正极活性层、所述隔膜、所述第一负极活性层、所述第一负极集流体。实际的卷绕式电芯，
通过将正极片、隔膜与负极片进行卷绕，使得正负极片两面都能够参加反应，因此在建模时，通过将所述负极片沿着厚度方向进行对半拆分，使得所述正极片的两正极活性面都能与所述负极片的两负极活性面进行充分反应，符合实际的卷绕式电芯。
[0017]具体的，在上述方案的基础上，在所述卷绕式电芯三维模型的所述负极片增加所述底涂层，将所述负极片沿着所述负极集流体厚度方向进行对半拆分，将所述卷绕式电芯三维模型沿着厚度方向由上到下依次进行绘制，包括所述1/2底涂层、所述第二负极集流体、所述1/2底涂层、所述第二负极活性层、所述隔膜、所述第二正极活性层、所述正极集流体、所述第一正极活性层、所述隔膜、所述第一负极活性层、所述1/2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，所述卷绕式电芯的设计参数包括极片厚度、涂层厚度、涂布长度、极片长度与极耳位置。4.根据权利要求1所述的一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，所述第一活性层比所述第二活性层多涂布一圈所述活性物质。5.根据权利要求1所述的一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，将所述正极片沿着正极集流体厚度方向进行对半拆分，得到设置有所述第一正极活性层的所述第一正极集流体与设置有所述第二正极活性层的所述第二正极集流体，将所述卷绕式电芯三维模型沿着厚度方向由上到下依次进行绘制，包括所述第二正极集流体、所述第二正极活性层、所述隔膜、所述第二负极活性层、所述负极集流体、所述第一负极活性层、所述隔膜、所述第一正极活性层、所述第一正极集流体。6.根据权利要求5所述的一种卷绕式电芯三维建模方法，其特征在于，在所述卷绕式电芯三维模型的所述正极片...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春辉，陈杰，项海标，李载波，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：