CN106291371A - 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置 - Google Patents

一种锂电池针刺测试仿真方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106291371A
CN106291371A CN201610586684.7A CN201610586684A CN106291371A CN 106291371 A CN106291371 A CN 106291371A CN 201610586684 A CN201610586684 A CN 201610586684A CN 106291371 A CN106291371 A CN 106291371A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium battery
acupuncture
model
electrochemical model
lancing test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610586684.7A
Other languages
English (en)
Inventor
梁国周
张鸣
张一鸣
田爽
刘兆平
韩琪
贺志龙
蒋亚北
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN201610586684.7A priority Critical patent/CN106291371A/zh
Publication of CN106291371A publication Critical patent/CN106291371A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables

Abstract

本申请公开了一种锂电池针刺测试仿真方法和装置。该方法首先建立锂电池针刺测试中的第一电化学模型，并确定锂电池在针刺测试中的等效电阻。进而，基于第一电化学模型、等效电阻以及锂电池在针刺测试中的生热公式建立该锂电池在针刺测试中的热模型，从而根据锂电池在针刺测试中的第一电化学模型和热模型，生成锂电池在针刺测试中的电化学‑热耦合模型，从而对锂电池的针刺测试进行仿真。与现有技术相比，本发明无需测试人员直接采用电池针刺设备对锂电池进行针刺测试，提高了针刺测试的安全性。

Description

一种锂电池针刺测试仿真方法和装置
技术领域
本申请涉及电池检测领域，更具体地说，涉及一种锂电池针刺测试仿真方法和装置。
背景技术
锂电池包括可充电锂电和不可充电锂电池。锂离子电池是一种可充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
针刺测试用于评估锂离子电池由于锂沉积、制造缺陷或其它原因所引起的内短路，或针状物刺穿锂离子电池的情形下的安全问题。针刺测试是检测锂离子电池内短路情况下安全性能的主要方法。
然而，目前锂离子电池针刺测试的主要方法是通过电池针刺设备，这种方法虽然可以记录电池电压、温度实时变化，且可以直接观察电池在针刺测试过程中是否冒烟、着火或爆炸，但是电池在热失控过程中电解液燃烧等带来大量有害气体，不仅损伤测试人员的身体，而且污染了环境，其安全性较低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种锂电池针刺测试仿真方法和装置，以对锂电池针刺测试进行仿真，提高针刺测试的安全性。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种锂电池针刺测试仿真方法，包括：
建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型；
确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻；
根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型；
基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
优选的，所述建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型，包括：
建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型；
向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变变化；
将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型。
优选的，所述确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻包括：
将所述负载电阻作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
优选的，所述确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻，包括：
确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻；
将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
优选的，所述预设生热公式包括：电池放电生热公式、电池高温副反应生热公式以及电池针刺短路区生热公式。
一种锂电池针刺测试仿真装置，包括：
第一电化学模型建立单元，用于建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型；
等效电阻确定单元，用于确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻；
热模型建立单元，用于根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型；
电化学-热耦合模型建立单元，用于基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
优选的，所述第一电化学模型建立单元，包括：
第二电化学模型建立模块，用于建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型；
仿真模块向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变化；
其中，将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型。
优选的，所述等效电阻确定单元包括：
第一计算模块，用于将所述负载电阻作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
优选的，所述等效电阻确定单元包括：
第二计算模块，用于确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻，并将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
优选的，其特征在于，所述预设生热公式包括：电池放电生热公式、电池高温副反应生热公式以及电池针刺短路区生热公式。
经由上述技术方案可知，本申请公开了一种锂电池针刺测试仿真方法和装置。该方法首先建立锂电池针刺测试中的第一电化学模型，并确定锂电池在针刺测试中的等效电阻。进而，基于第一电化学模型、等效电阻以及锂电池在针刺测试中的生热公式建立该锂电池在针刺测试中的热模型，从而根据锂电池在针刺测试中的第一电化学模型和热模型，生成锂电池在针刺测试中的电化学-热耦合模型，从而对锂电池的针刺测试进行仿真。与现有技术相比，本发明无需测试人员直接采用电池针刺设备对锂电池进行针刺测试，提高了针刺测试的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施了公开的一种锂电池针刺测试仿真方法的流程示意图；
图2示出了本发明另一个实施例公开的一种锂电池针刺测试仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1示出了本发明一个实施了公开的一种锂电池针刺测试仿真方法的流程示意图。
由图1可知，本发明包括：
S101：建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型。
其中，所述第一电化学模型用于描述所述锂电池在针刺状态下的放电过程。
第一电化学模型的具体建立过程为：
首先建立锂电池在正常状态下的第二电化学模型(该第二电化学模型用于描述锂电池在正常状态下的充放电过程)。进而，基于第二电化学模型该锂电池在针刺状态下的电压变化，从而建立锂电池在针刺状态下的第一电化学模型。
需要说明的是，在本实施例中，为了提高建模精度，本发明以锂电池单层结构为最小研究单元建立锂电池的第一电化学模型。
S102：确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
可选的，在本实施例中可采用以下两种方式确定针刺短路区的等效电阻。
第一，可通过仿真的方式确定锂电池针刺短路区的等效电阻。具体为：建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型，向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变变化，将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型，并将该电阻负载作为针刺短路区的等效电阻。。
第二，可通过直接测试的方式确定锂电子针刺短路区的等效电阻，确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻，将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
S103：根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型。
其中，锂电池在针刺测试中的生热包括：电池放电生热、电池高温副反应生热以及电池针刺短路区生热。
在建立锂电池在针刺测试中的热模型时需要充分考虑锂电池在针刺测试中的各类型生热以及锂电池的散热条件。
S104：基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
由以上实施例可知，本申请公开了一种锂电池针刺测试仿真方法。该方法首先建立锂电池针刺测试中的第一电化学模型，并确定锂电池在针刺测试中的等效电阻。进而，基于第一电化学模型、等效电阻以及锂电池在针刺测试中的生热公式建立该锂电池在针刺测试中的热模型，从而根据锂电池在针刺测试中的第一电化学模型和热模型，生成锂电池在针刺测试中的电化学-热耦合模型，从而对锂电池的针刺测试进行仿真。与现有技术相比，本发明无需测试人员直接采用电池针刺设备对锂电池进行针刺测试，提高了针刺测试的安全性。
参见图2示出了本发明另一个实施例公开的一种锂电池针刺测试仿真装置的结构示意图。
由图2可知，该装置包括：第一电化学模型建立单元1、等效电阻确定单元2、热模型建立单元3、电化学-热耦合模型建立单元4。
其中，第一电化学模型建立单元，用于建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型。
等效电阻确定单元，用于确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻；
热模型建立单元，用于根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型。
电化学-热耦合模型建立单元，用于基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
具体的，所述第一电化学模型建立单元，包括：
第二电化学模型建立模块11，用于建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型；
仿真模块12，用于向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变变化，将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型。
所述等效电阻确定单元包括：
第一计算模块21，用于将上述中的电阻负载作为针刺短路区的等效电阻。。
第二计算模块22，用于确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻，将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。。
需要说明的是该系统实施例与方法实施例相对应，其执行过程和执行原理相同，在此不作赘述。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池针刺测试仿真方法，其特征在于，包括：
建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型；
确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻；
根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型；
基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型，包括：
建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型；
向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变变化；
将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻包括：
将所述负载电阻作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻，包括：
确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻；
将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设生热公式包括：电池放电生热公式、电池高温副反应生热公式以及电池针刺短路区生热公式。
6.一种锂电池针刺测试仿真装置，其特征在于，包括：
第一电化学模型建立单元，用于建立所述锂电池在针刺状态下的第一电化学模型；
等效电阻确定单元，用于确定所述锂电池的针刺短路区的等效电阻；
热模型建立单元，用于根据所述第一电化学模型和所述等效电阻，利用预设生热公式建立所述锂电池在针刺状态下的热模型；
电化学-热耦合模型建立单元，用于基于所述第一电化学模型和所述热模型，建立所述锂电池在针刺状态下的电化学-热耦合模型，以对锂电池的针刺测试进行仿真。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一电化学模型建立单元，包括：
第二电化学模型建立模块，用于建立所述锂电池在正常状态下的第二电化学模型；
仿真模块向所述第二电化学模型施加电阻负载，以模拟所述锂电池在针刺状态下的电压变化；
其中，将所述第一电化学模型和所述电阻负载的组合作为所述第一电化学模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述等效电阻确定单元包括：
第一计算模块，用于将所述负载电阻作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述等效电阻确定单元包括：
第二计算模块，用于确定所述锂电池在针刺测试时放电前的第一内阻以及放电后的第二内阻，并将所述第一内阻和所述第二内阻的差作为所述锂电池的针刺短路区的等效电阻。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设生热公式包括：电池放电生热公式、电池高温副反应生热公式以及电池针刺短路区生热公式。
CN201610586684.7A 2016-07-22 2016-07-22 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置 Pending CN106291371A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610586684.7A CN106291371A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610586684.7A CN106291371A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106291371A true CN106291371A (zh) 2017-01-04

Family

ID=57652273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610586684.7A Pending CN106291371A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106291371A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107066714A (zh) * 2017-03-31 2017-08-18 广东佳纳能源科技有限公司 一种预测锂离子电池材料及器件安全性能的仿真方法
CN107390137A (zh) * 2017-08-16 2017-11-24 中国科学技术大学 一种评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针
CN108829929A (zh) * 2018-05-09 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103345561A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 上海航天电源技术有限责任公司 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法
CN104035048A (zh) * 2014-06-20 2014-09-10 上海出入境检验检疫局工业品与原材料检测技术中心 一种锂离子电池过充安全性能的热电检测方法及其装置
US9177466B2 (en) * 2011-01-20 2015-11-03 Indiana University Research And Technology Corporation Advanced battery early warning and monitoring system
CN105044615A (zh) * 2015-08-09 2015-11-11 安徽普为智能科技有限责任公司 一种锂电池安全性的检测方法
CN105738815A (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 国家电网公司 一种在线检测锂离子电池健康状态的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9177466B2 (en) * 2011-01-20 2015-11-03 Indiana University Research And Technology Corporation Advanced battery early warning and monitoring system
CN103345561A (zh) * 2013-07-16 2013-10-09 上海航天电源技术有限责任公司 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法
CN104035048A (zh) * 2014-06-20 2014-09-10 上海出入境检验检疫局工业品与原材料检测技术中心 一种锂离子电池过充安全性能的热电检测方法及其装置
CN105738815A (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 国家电网公司 一种在线检测锂离子电池健康状态的方法
CN105044615A (zh) * 2015-08-09 2015-11-11 安徽普为智能科技有限责任公司 一种锂电池安全性的检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI ZHAO ETAL: "Modeling Nail Penetration Process in Large-Format Li-Ion Cells", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107066714A (zh) * 2017-03-31 2017-08-18 广东佳纳能源科技有限公司 一种预测锂离子电池材料及器件安全性能的仿真方法
CN107390137A (zh) * 2017-08-16 2017-11-24 中国科学技术大学 一种评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针
CN107390137B (zh) * 2017-08-16 2023-11-17 中国科学技术大学 一种评估锂离子电池安全性能的绝缘刺针
CN108829929A (zh) * 2018-05-09 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种锂离子电池针刺模型的建立方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Characterization of external short circuit faults in electric vehicle Li-ion battery packs and prediction using artificial neural networks
Kong et al. Fault diagnosis and quantitative analysis of micro-short circuits for lithium-ion batteries in battery packs
Li et al. Lithium-ion battery overcharging thermal characteristics analysis and an impedance-based electro-thermal coupled model simulation
Ma et al. Fault detection of the connection of lithium-ion power batteries in series for electric vehicles based on statistical analysis
CN106154172B (zh) 锂离子动力电池内短路程度的定量估算方法
CN103323775B (zh) 用于电池模块的平衡监控及测试系统
CN103941210B (zh) 一种bms的验证监控系统及其方法
Wang et al. A LiFePO4 battery pack capacity estimation approach considering in-parallel cell safety in electric vehicles
CN104035048A (zh) 一种锂离子电池过充安全性能的热电检测方法及其装置
CN105203965B (zh) 一种储能电池检测方法
Chang et al. An improvement of equivalent circuit model for state of health estimation of lithium-ion batteries based on mid-frequency and low-frequency electrochemical impedance spectroscopy
CN106842043A (zh) 用于锂离子电池安全等级评价的测试方法
CN103675707A (zh) 锂离子电池峰值功率在线评估方法
CN106124996A (zh) 一种锂离子电池单体的一致性判定方法及装置
CN204558611U (zh) 一种用于电池内部温度测试的电池装置
CN103344920B (zh) 一种检测电池健康状态的方法及设备
Wang et al. Influence of connecting plate resistance upon LiFePO4 battery performance
CN107167737A (zh) 一种电池系统安全监控方法
CN104122884A (zh) 一种电池管理系统的模拟测试装置
CN105242212A (zh) 用于电池梯次利用的磷酸铁锂电池健康状态特征参数提取方法
CN104537166A (zh) 一种动力电池的等效电路模型方法
Feng et al. A graphical model for evaluating the status of series‐connected lithium‐ion battery pack
CN103364729A (zh) 电池的检测方法
CN106291371A (zh) 一种锂电池针刺测试仿真方法和装置
CN111366864A (zh) 一种基于固定压升区间的电池soh在线估计方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170104

RJ01 Rejection of invention patent application after publication