本申請涉及電池檢測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種鋰電池針刺測試仿真方法和裝置。

背景技術(shù)：

鋰電池包括可充電鋰電和不可充電鋰電池。鋰離子電池是一種可充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

針刺測試用于評估鋰離子電池由于鋰沉積、制造缺陷或其它原因所引起的內(nèi)短路，或針狀物刺穿鋰離子電池的情形下的安全問題。針刺測試是檢測鋰離子電池內(nèi)短路情況下安全性能的主要方法。

然而，目前鋰離子電池針刺測試的主要方法是通過電池針刺設(shè)備，這種方法雖然可以記錄電池電壓、溫度實時變化，且可以直接觀察電池在針刺測試過程中是否冒煙、著火或爆炸，但是電池在熱失控過程中電解液燃燒等帶來大量有害氣體，不僅損傷測試人員的身體，而且污染了環(huán)境，其安全性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N鋰電池針刺測試仿真方法和裝置，以對鋰電池針刺測試進(jìn)行仿真，提高針刺測試的安全性。

為了實現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：

一種鋰電池針刺測試仿真方法，包括：

建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型；

確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻；

根據(jù)所述第一電化學(xué)模型和所述等效電阻，利用預(yù)設(shè)生熱公式建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的熱模型；

基于所述第一電化學(xué)模型和所述熱模型，建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電化學(xué)-熱耦合模型，以對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。

優(yōu)選的，所述建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型，包括：

建立所述鋰電池在正常狀態(tài)下的第二電化學(xué)模型；

向所述第二電化學(xué)模型施加電阻負(fù)載，以模擬所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電壓變變化；

將所述第一電化學(xué)模型和所述電阻負(fù)載的組合作為所述第一電化學(xué)模型。

優(yōu)選的，所述確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻包括：

將所述負(fù)載電阻作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

優(yōu)選的，所述確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻，包括：

確定所述鋰電池在針刺測試時放電前的第一內(nèi)阻以及放電后的第二內(nèi)阻；

將所述第一內(nèi)阻和所述第二內(nèi)阻的差作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)生熱公式包括：電池放電生熱公式、電池高溫副反應(yīng)生熱公式以及電池針刺短路區(qū)生熱公式。

一種鋰電池針刺測試仿真裝置，包括：

第一電化學(xué)模型建立單元，用于建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型；

等效電阻確定單元，用于確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻；

熱模型建立單元，用于根據(jù)所述第一電化學(xué)模型和所述等效電阻，利用預(yù)設(shè)生熱公式建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的熱模型；

電化學(xué)-熱耦合模型建立單元，用于基于所述第一電化學(xué)模型和所述熱模型，建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電化學(xué)-熱耦合模型，以對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。

優(yōu)選的，所述第一電化學(xué)模型建立單元，包括：

第二電化學(xué)模型建立模塊，用于建立所述鋰電池在正常狀態(tài)下的第二電化學(xué)模型；

仿真模塊向所述第二電化學(xué)模型施加電阻負(fù)載，以模擬所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電壓變化；

其中，將所述第一電化學(xué)模型和所述電阻負(fù)載的組合作為所述第一電化學(xué)模型。

優(yōu)選的，所述等效電阻確定單元包括：

第一計算模塊，用于將所述負(fù)載電阻作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

優(yōu)選的，所述等效電阻確定單元包括：

第二計算模塊，用于確定所述鋰電池在針刺測試時放電前的第一內(nèi)阻以及放電后的第二內(nèi)阻，并將所述第一內(nèi)阻和所述第二內(nèi)阻的差作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

優(yōu)選的，其特征在于，所述預(yù)設(shè)生熱公式包括：電池放電生熱公式、電池高溫副反應(yīng)生熱公式以及電池針刺短路區(qū)生熱公式。

經(jīng)由上述技術(shù)方案可知，本申請公開了一種鋰電池針刺測試仿真方法和裝置。該方法首先建立鋰電池針刺測試中的第一電化學(xué)模型，并確定鋰電池在針刺測試中的等效電阻。進(jìn)而，基于第一電化學(xué)模型、等效電阻以及鋰電池在針刺測試中的生熱公式建立該鋰電池在針刺測試中的熱模型，從而根據(jù)鋰電池在針刺測試中的第一電化學(xué)模型和熱模型，生成鋰電池在針刺測試中的電化學(xué)-熱耦合模型，從而對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無需測試人員直接采用電池針刺設(shè)備對鋰電池進(jìn)行針刺測試，提高了針刺測試的安全性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本發(fā)明一個實施了公開的一種鋰電池針刺測試仿真方法的流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明另一個實施例公開的一種鋰電池針刺測試仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1示出了本發(fā)明一個實施了公開的一種鋰電池針刺測試仿真方法的流程示意圖。

由圖1可知，本發(fā)明包括：

S101：建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型。

其中，所述第一電化學(xué)模型用于描述所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的放電過程。

第一電化學(xué)模型的具體建立過程為：

首先建立鋰電池在正常狀態(tài)下的第二電化學(xué)模型(該第二電化學(xué)模型用于描述鋰電池在正常狀態(tài)下的充放電過程)。進(jìn)而，基于第二電化學(xué)模型該鋰電池在針刺狀態(tài)下的電壓變化，從而建立鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型。

需要說明的是，在本實施例中，為了提高建模精度，本發(fā)明以鋰電池單層結(jié)構(gòu)為最小研究單元建立鋰電池的第一電化學(xué)模型。

S102：確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

可選的，在本實施例中可采用以下兩種方式確定針刺短路區(qū)的等效電阻。

第一，可通過仿真的方式確定鋰電池針刺短路區(qū)的等效電阻。具體為：建立所述鋰電池在正常狀態(tài)下的第二電化學(xué)模型，向所述第二電化學(xué)模型施加電阻負(fù)載，以模擬所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電壓變變化，將所述第一電化學(xué)模型和所述電阻負(fù)載的組合作為所述第一電化學(xué)模型，并將該電阻負(fù)載作為針刺短路區(qū)的等效電阻。。

第二，可通過直接測試的方式確定鋰電子針刺短路區(qū)的等效電阻，確定所述鋰電池在針刺測試時放電前的第一內(nèi)阻以及放電后的第二內(nèi)阻，將所述第一內(nèi)阻和所述第二內(nèi)阻的差作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。

S103：根據(jù)所述第一電化學(xué)模型和所述等效電阻，利用預(yù)設(shè)生熱公式建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的熱模型。

其中，鋰電池在針刺測試中的生熱包括：電池放電生熱、電池高溫副反應(yīng)生熱以及電池針刺短路區(qū)生熱。

在建立鋰電池在針刺測試中的熱模型時需要充分考慮鋰電池在針刺測試中的各類型生熱以及鋰電池的散熱條件。

S104：基于所述第一電化學(xué)模型和所述熱模型，建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電化學(xué)-熱耦合模型，以對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。

由以上實施例可知，本申請公開了一種鋰電池針刺測試仿真方法。該方法首先建立鋰電池針刺測試中的第一電化學(xué)模型，并確定鋰電池在針刺測試中的等效電阻。進(jìn)而，基于第一電化學(xué)模型、等效電阻以及鋰電池在針刺測試中的生熱公式建立該鋰電池在針刺測試中的熱模型，從而根據(jù)鋰電池在針刺測試中的第一電化學(xué)模型和熱模型，生成鋰電池在針刺測試中的電化學(xué)-熱耦合模型，從而對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無需測試人員直接采用電池針刺設(shè)備對鋰電池進(jìn)行針刺測試，提高了針刺測試的安全性。

參見圖2示出了本發(fā)明另一個實施例公開的一種鋰電池針刺測試仿真裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖2可知，該裝置包括：第一電化學(xué)模型建立單元1、等效電阻確定單元2、熱模型建立單元3、電化學(xué)-熱耦合模型建立單元4。

其中，第一電化學(xué)模型建立單元，用于建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的第一電化學(xué)模型。

等效電阻確定單元，用于確定所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻；

熱模型建立單元，用于根據(jù)所述第一電化學(xué)模型和所述等效電阻，利用預(yù)設(shè)生熱公式建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的熱模型。

電化學(xué)-熱耦合模型建立單元，用于基于所述第一電化學(xué)模型和所述熱模型，建立所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電化學(xué)-熱耦合模型，以對鋰電池的針刺測試進(jìn)行仿真。

具體的，所述第一電化學(xué)模型建立單元，包括：

第二電化學(xué)模型建立模塊11，用于建立所述鋰電池在正常狀態(tài)下的第二電化學(xué)模型；

仿真模塊12，用于向所述第二電化學(xué)模型施加電阻負(fù)載，以模擬所述鋰電池在針刺狀態(tài)下的電壓變變化，將所述第一電化學(xué)模型和所述電阻負(fù)載的組合作為所述第一電化學(xué)模型。

所述等效電阻確定單元包括：

第一計算模塊21，用于將上述中的電阻負(fù)載作為針刺短路區(qū)的等效電阻。。

第二計算模塊22，用于確定所述鋰電池在針刺測試時放電前的第一內(nèi)阻以及放電后的第二內(nèi)阻，將所述第一內(nèi)阻和所述第二內(nèi)阻的差作為所述鋰電池的針刺短路區(qū)的等效電阻。。

需要說明的是該系統(tǒng)實施例與方法實施例相對應(yīng)，其執(zhí)行過程和執(zhí)行原理相同，在此不作贅述。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。