一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，包括如下步骤：将电芯参数输入到已训练好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型，以输出充电电流对电芯进行充电，该一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型中设定有边界析锂条件及电芯温度临界条件；当负极界面处固液相电位等于边界析锂条件时，输出电芯的充电电流；当电芯温升小于等于电芯温度临界条件时，输出电芯的充电电流；该仿真优化方法通过输出的充电电流对电芯进行快速充电，具有较高的准确性和高效性，提高了电池的使用寿命，可以使电芯在不析锂的条件下保持较快的充电速度，保证电芯在合适的温度范围内进行充电，减小电芯因快充过程中温度过高而导致容量不可逆衰减。逆衰减。逆衰减。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法


[0001]本专利技术涉及锂电池制备
，尤其涉及一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法。

技术介绍

[0002]随着新能源产业的快速发展，锂离子电池的生产规模和需求量日益增加，锂离子电池由于具有较高的能量密度、较长的性能寿命、较低的自放电率以及绿色环保等优点，成功带动新能源汽车行业和数码消费电子行业的蓬勃发展。正常情况下，锂离子电池充电过程中支持充电倍率受电池荷电状态、温度、极化等影响，正常恒流
‑
恒压充电速度较慢，一般从空电状态充至满电状态需要较长的时间，这在一定程度上给新能源汽车的普及和使用来不便。而较快的充电速度会破坏电池的内部结构，产生一系列副反应，进而缩短电池的使用寿命。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，具有较高的准确性和高效性，提高了电池的使用寿命。
[0004]本专利技术提出的一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，包括如下步骤：
[0005]将电芯参数输入到已训练好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型，以输出充电电流对电芯进行充电，该一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型中设定有边界析锂条件及电芯温度临界条件；
[0006]当负极界面处固液相电位等于边界析锂条件时，输出电芯的充电电流；
[0007]当电芯温升小于等于电芯温度临界条件时，输出电芯的充电电流。
[0008]进一步地，所述一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型是基于菲克第二定律、Butler
‑
Volmer方程、Nernst—Planck质量平衡方程和欧姆定律构建的。
[0009]进一步地，对已构建好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型进行训练，训练过程如下：
[0010]预设边界析锂条件和电芯温度临界条件；
[0011]基于较小电流对电芯进行放电容量标定，根据标定后的放电容量划分电芯的快充SOC区间；
[0012]将快充SOC区间划分为多个间隔SOC区间，分别获取快充过程中的负极界面处固液相电位和电芯温升；
[0013]对所述间隔SOC区间进行快充支持倍率标定，基于负极界面处固液相电位等于边界析锂条件或者电芯温升小于等于电芯温度临界条件，得到间隔SOC区间的充电倍率；
[0014]将所述间隔SOC区间的充电倍率转化成充电电流以对电芯进行充电。
[0015]进一步地，在对所述间隔SOC区间进行快充支持倍率标定，基于负极界面处固液相电位等于边界析锂条件或者电芯温升小于等于电芯温度临界条件，得到间隔SOC区间的充
电倍率中，包括：
[0016]根据电芯标定的容量将电芯放电调至对应的SOC；
[0017]以不同的倍率恒流充至对应的间隔SOC区间；
[0018]基于负极界面处固液相电位等于边界析锂条件或者电芯温升小于等于电芯温度临界条件，计算出每个间隔SOC区间支持的充电倍率。
[0019]进一步地，在对所述间隔SOC区间进行快充支持倍率标定，基于负极界面处固液相电位等于边界析锂条件或者电芯温升小于等于电芯温度临界条件，得到间隔SOC区间的充电倍率中，对间隔SOC区间的充电倍率进行验证，验证过程如下：
[0020]选取快充SOC区间中任意连续的间隔SOC区间；
[0021]采用之前得到的对应间隔SOC区间的充电倍率对电芯进行充电；
[0022]若出现负极界面处固液相电位不等于边界析锂条件或电芯温升大于电芯温度临界条件，则调低该间隔SOC区间的充电倍率，直至负极界面处固液相电位等于边界析锂条件或电芯温升小于等于电芯温度临界条件，输出更新后的该间隔SOC区间的充电倍率，并更新原该间隔SOC区间的充电倍率。
[0023]进一步地，所述负极界面处固液相电位是指负极与隔膜接触界面处的固液相电位差，所述电芯温升是指电芯的平均温升。
[0024]一种计算机可读储存介质，所述计算机可读储存介质上存储有若干分类程序，所述若干分类程序用于被处理器调用并执行如上所述的仿真优化方法。
[0025]本专利技术提供的一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法的优点在于：本专利技术结构中提供的一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，通过输出的充电电流对电芯进行快速充电，具有较高的准确性和高效性，提高了电池的使用寿命，负极界面处固液相电位等于边界析锂条件时输出的充电电流，可以使电芯在不析锂的条件下保持较快的充电速度，电芯温升小于等于电芯温度临界条件时输出的充电电流，保证电芯在合适的温度范围内进行充电，减小电芯因快充过程中温度过高而导致容量不可逆衰减。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的结构示意图；
[0027]图2为室温25℃下九段快充方案充电电流
‑
电压曲线；
[0028]图3为室温25℃下九段快充负极界面处固液相电位曲线；
[0029]图4为室温25℃下九段电芯温升曲线；
具体实施方式
[0030]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0031]如图1所示，本专利技术提出的一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，包括如下步骤S1至S3：
[0032]S1：将电芯参数输入到已训练好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型，以输出
充电电流对电芯进行充电，该一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型中设定有边界析锂条件及电芯温度临界条件；
[0033]一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型是基于Baker
‑
Verbrugge方程和菲克定律建立的；电芯参数包括正负极材料的物性参数、正负极片的物性参数、电化学动力学参数。
[0034]一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型的具体构建如下：
[0035]J＝
‑
Ds*dc/dl
[0036][0037]Φ＝
‑
D1*dc
‑
P1*dE
[0038][0039]其中，J为离子通量，Ds为扩散系数，j为电极电流密度，a
s
为电荷传递系数，i0为交换电流密度，F为法拉第常数，R为气体常数，T为电池充电时的温度，固相电势，为液相电势，U
equ
为平衡电势，Φ表示离子流大小，D1和P1表示与浓度大小相关的常量，σ*为电导率，l为电极厚度，c为锂离子浓度，E为电场强度。
[0040]S2：当负极界面处固液相电位等于边界析锂条件时，输出电芯的充电电流；
[0041]负极界面处固液相电位是指负极与隔膜接触界面处的固液相电位差，例如可以设置边界析锂条件的析锂电位为0V，当负极界面处固液相电位等于0V时，输出电芯的充电电流。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池快充性能的仿真优化方法，包括：将电芯参数输入到已训练好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型，以输出充电电流对电芯进行充电，该一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型中设定有边界析锂条件及电芯温度临界条件；当负极界面处固液相电位等于边界析锂条件时，输出电芯的充电电流；当电芯温升小于等于电芯温度临界条件时，输出电芯的充电电流。2.根据权利要求1所述的锂离子电池快充性能的仿真优化方法，其特征在于，所述一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型是基于菲克第二定律、Butler
‑
Volmer方程、Nernst—Planck质量平衡方程和欧姆定律构建的。3.根据权利要求2所述的锂离子电池快充性能的仿真优化方法，其特征在于：一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型的具体构建如下：J＝
‑
Ds*dc/dlΦ＝
‑
D1*dc
‑
P1*dE其中，J为离子通量，Ds为扩散系数，j为电极电流密度，a
s
为电荷传递系数，i0为交换电流密度，F为法拉第常数，R为气体常数，T为电池充电时的温度，固相电势，为液相电势，U
equ
为平衡电势，Φ表示离子流大小，D1和P1表示与浓度大小相关的常量，σ*为电导率，l为电极厚度，c为锂离子浓度，E为电场强度。4.根据权利要求1所述的锂离子电池快充性能的仿真优化方法，其特征在于，对已构建好的一维锂离子电化学—热耦合瞬态模型进行训练，训练过程如下：预设边界析锂条件和电芯温度临界条件；基于较小电流对电芯进行放电容量标定，根据标定后的放电容量划分电芯的快充SOC区间；将快充SOC区间划分为多个间隔SOC区间，分别获取快充过程中的负极界面处固液相电位和电芯温升；对所述间隔SOC区间进行快充支持倍率标定，基于负极界面处...

【专利技术属性】
技术研发人员：程思，孙言飞，张光雨，闫回想，刘松寒，厉运杰，张宏立，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：