[发明专利]一种软包型锂离子动力电池极耳结构的仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种软包型锂离子动力电池极耳结构的仿真分析方法，包括：S1建立电池电化学模型，设置求解域相关信息；S2建立组电池热模型，设置求解域相关信息；S3分别添加电化学模型和热模型的初始值、边界条件以及后续的网格划分；S4建立该电池电化学模型和热模型之间的耦合项；S5基于验证准确的模型，对该款电池极耳结构进行优化设计研究。有益效果：本发明所构建的电化学模型在一对电芯单元中计算，而热模型在未分层的均质三维模型中计算，两者间通过相应的耦合算子将产热率和温度分别耦合进各自的模型中，这样的处理方式使得模型在计算量和准确度上均有较大的提高，可为后面做数值计算优化提供帮助。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体来说，涉及一种基于COMSOL Mulitiphysics平台研究软包型锂离子动力电池极耳结构的仿真分析方法。

背景技术

锂离子电池因单体工作电压高、能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染等优点，成为电动汽车用动力电池的首选。然而，车用锂离子动力电池在使用过程中面临温度分布不均匀、局部温度过高等热问题，严重影响其性能、寿命和安全，故有必要对单体电池进行热设计优化，以改善电池热特性，降低热管理系统的复杂性。

较卷绕式18650型电池使用较小尺寸的极耳而言，层叠式软包电池的极耳结构尺寸较大，在大电流充放电时，因其内阻大，热容小，而具有恒定的高产热率；由于极耳与电芯上的凸缘集流体焊接在一起，故两者之间存在充分的热量交换。因此，层叠式电池的极耳除起引流作用外，还对电芯的温度分布有较大影响。根据已有的研究，对于极耳位置的选择，倾向于电芯长边对侧的中间位置布置；对于极耳尺寸的选择，为降低极耳内阻，减小极耳产热量，倾向于使用厚、宽和短的极耳。然而，极耳宽度和厚度的取值都不能太大，否则会造成极耳与电芯的连接处难以焊接和封装，而且会增加电池的整体重量；故合理地设计极耳的位置和尺寸，对改善电池的热分布十分重要。

利用仿真方法研究层叠式软包锂离子动力电池的极耳结构问题时，存在下述难点：层叠式软包电池由多层相同的电芯单元堆叠而成，每层极板厚度方向的尺度相对长、宽方向的尺寸差异很大，若直接按照电池真实结构建模，在后续的网格剖分以及求解计算上较为困难。故亟需开发合理简化的仿真模型，降低数值求解的计算量，便于后期的设计优化。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种软包型锂离子动力电池极耳结构的仿真分析方法，利用数值仿真手段，能快速准确地计算不同极耳结构设计对电池温度分布的影响，进而实现该型号电池的极耳尺寸的热设计优化。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种软包型锂离子动力电池极耳结构的仿真分析方法，包括以下步骤：

S1建立电池电化学模型，设置包括物理场、求解域和材料属性在内的信息，所述电化学模型由5层不同厚度电极板堆叠而成，堆叠次序依次为正集流体、正极涂层、隔膜、负极涂层和负极流体，其尺寸根据真实电池设计参数确定；

S2建立电池热模型，设置包括物理场、求解域和材料属性在内的信息，所述热模型尺寸根据真实电池设计参数确定，所述热模型包括正负极耳结构、电芯结构以及极耳与电芯的连接结构；

S3分别添加电化学模型和热模型的初始值、边界条件，并进行网格划分；

S4建立该电池电化学模型和热模型之间的耦合项；

S5基于验证准确的模型，对该款电池极耳结构进行优化设计研究。

作为优选，S1具体包括：

S11在COMSOL中创建组件1作为电化学模型的求解域，具体的模型几何由5层不同厚度的电极板堆叠而成，堆叠次序依次为正集流体、正极涂层、隔膜、负极涂层、负集流体，尺寸由真实的电池设计参数而定；