CN110165314A - 电池电芯性能参数获取方法及获取装置 - Google Patents

电池电芯性能参数获取方法及获取装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供一种电池电芯性能参数获取方法和获取装置。所述电池电芯性能参数获取方法包括：获取有关电池的修正后的参数；以及根据预先建立的所述电池的电化学‑热耦合模型和所述有关电池的修正参数，获取所述电池的电化学‑热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。本发明所述的电池电芯性能参数获取方法获得的电池电芯性能参数的精确度高，可以进行电芯设计前期的性能预测和后期的数据验证，能够实现减少测试资源，加快电池研发进度的目的。

Description

电池电芯性能参数获取方法及获取装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池电芯性能参数获取方法和电池电芯性能参数获取装置。
背景技术
近年来燃油汽车销量持续下滑，新能源汽车的销量却大幅增长，也会带动动力电池的市场。目前，许多汽车厂商纷纷通过合资或自建动力电池公司的方式，加大动力电池的投入，来保障自家的新能源汽车能快速投放市场。为了保障电池的产品竞争力，就要求电池制造商进一步压缩开发周期、降低生产成本和提前预研电芯性能。传统的产品开发需要耗费大量的人力和物力，开发周期长，明显不利于企业在新能源行业发展中占据制高点。
例如，电池从材料选型开始到量产工艺确定会经历较长时间的开发周期以及大量人力和物力的损耗。每变更一次试验条件，就需要增加多组实验，实验重复性多，开发周期就会延长，导致研发成本加大；电化学机理模型所需参数多达几十个，直接建立一个电池模型去修正参数难以保证其在机理上的合理性，即使仿真结果合理，也难以保证真实的电化学动力学上的合理性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电池电芯性能参数获取方法和电池电芯性能参数获取装置，以解决现有技术电池模型建立过程复杂和获取的电池电芯性能参数的精度低和误差大的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池电芯性能参数获取方法，所述方法包括：获取有关电池的修正后的参数；以及根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，获取所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
进一步的，所述方法还包括通过以下方式获取所述有关电池的修正后的参数：根据所述电池的正极半电池的电化学模型的仿真数据和所述电池的负极半电池的电化学模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果，对所述正极半电池的电化学模型和所述负极半电池的电化学模型进行修正；在所述正极半电池的电化学模型的仿真数据和所述负极半电池的电化学模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果的偏差值在第一预设范围内时，获取当前的正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的参数；根据所述获取当前的正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的参数构建与所述电池对应的单片电池的电化学-热耦合模型，并根据单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果，对所述单片电池的电化学-热耦合模型进行修正；在所述单片电池的电化学热耦合模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据的比对结果的偏差值在第二预设范围内时，获取当前的单片电池的电化学热耦合模型的参数，并将所述当前的单片电池的电化学-热耦合模型的参数作为所述有关电池的修正后的参数。
进一步的，所述方法还包括：通过最小二乘法确定所述正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和三电极电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与实测数据的偏差值。
进一步的，所述实测数据为与所述电池对应的扣式电池的实测数据和/或与所述电池对应的三电极电池的实测数据。
进一步的，所述扣式电池的实测数据为所述扣式电池在不同容量条件下的放电性能曲线；所述正极半电池的电化学模型的仿真数据为所述正极半电池的电化学模型在不同容量条件下的放电性能曲线；所述负极半电池的电化学模型的仿真数据为所述负极半电池的电化学模型在不同容量条件下的放电性能曲线；所述三电极电池的实测数据为所述三电极电池在不同容量条件下的充电性能曲线和放电性能曲线；所述单片电池的电化学热耦合模型的仿真数据为所述单片电池的电化学-热耦合模型在不同容量条件下的充电性能曲线和放电性能曲线。
进一步的，所述有关电池的修正后的参数包括以下中的一者或多者：正极材料的粒径、负极材料的粒径、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数、电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数。
进一步的，所述方法还包括：根据获取的电池的电芯性能的种类确定物理场；以及根据所述物理场、与所述物理场对应的求解域、物性参数和边界条件建立所述电池的电化学-热耦合模型，其中，所述电池的电芯性能的种类包括：容量、充电速率、放电速率、高低温性能、直流内阻和OCV-SOC特性。
相对于现有技术，本发明所述的电池电芯性能参数获取方法具有以下优势：
(1)本发明所述的电池电芯性能参数获取方法，获得的电池电芯性能参数的精确度高，可以进行电芯设计前期的性能预测和验证后期的为BMS部门和PACK部门提供的电池功率mapping数据和内阻mapping数据，能够实现减少测试资源，加快电池研发进度的目的。
(2)本发明所述的电池电芯性能参数获取方法，根据正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和单片电池的电化学热耦合模型与实测数据的比对结果对参数进行修正，与现有的直接建立的全电池的电化学-热耦合模型相比，对参数的修正更具有方向性和实际性。
(3)本发明所述的电池电芯性能参数获取方法中的实测数据来源于扣式电池和三电极电池，相对于制作多层数叠片的大容量电芯来说，其具有成本低，制作周期短和制造过程简单的优点。
本发明的另一目的在于提出一种机器可读存储介质，用于解决现有技术电池模型建立过程复杂和获取的电池电芯性能参数的精度低和误差大的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述指令用于使得机器能够执行上述的电池电芯性能参数获取方法。
所述机器可读存储介质与上述电池电芯性能参数获取方法相对于现有技术所具有的的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一目的在于提出一种电池电芯性能参数获取装置，以解决现有技术电池模型建立过程复杂和获取的电池电芯性能参数的精度低和误差大的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池电芯性能参数获取装置，所述获取装置包括获取模块，用于获取有关电池的修正后的参数；以及处理模块，用于根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，得到所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
进一步的，所述有关电池的修正后的参数包括以下中的一者或多者：正极材料的粒径、负极材料的粒径、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数、电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数。
所述电池电芯性能参数获取装置与上述电池电芯性能参数获取装置i相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施方式所述的电池电芯性能参数获取方法的流程示意图；
图2为本发明实施方式提供的获取电池的电芯性能参数的方法的流程示意图；
图3为本发明实施方式提供的正/负极半电池的几何模型结构示意图；
图4为本发明实施方式提供的正极半电池电化学模型与实测数据的SOC-OCV曲线对比图；
图5为本发明实施方式提供的负极半电池电化学模型与实测数据的SOC-OCV曲线对比图；
图6为本发明实施方式提供的单片电池的几何模型结构示意图；
图7为本发明实施方式提供的电池在常温下以0.33C、0.5C、1C、1.2C、1.4C、1.6C、2C倍率下放电的仿真曲线与实测曲线的对比图；
图8为本发明实施方式提供的电池在常温下以0.33C、0.5C、1C、1.2C、1.4C、1.6C、2C倍率下充电的仿真曲线与实测曲线的对比图；
图9为本发明实施方式提供的电池电芯性能参数获取装置的结构框图。
附图标记说明：
910 获取模块 920 处理模块
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
图1是本发明实施方式所述的电池电芯性能参数获取方法的流程示意图。如图1所示，所述电池电芯性能参数获取方法包括步骤S102至S104：
在步骤S102，获取有关电池的修正后的参数；
在步骤S104，根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，得到所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
其中，所述电芯性能的种类可以包括：容量、充电速率、放电速率、高低温性能、直流内阻和OCV-SOC特性等，通过上述方法可以获取与电池电芯的不同种类对应的各个参数的参数值。
考虑到直接采用文献值或者实验值作为输入参数，根据电池的电化学-热耦合模型获得的电池电芯性能参数准确度低，并且电池电芯性能参数的结果会受到多种输入参数影响，同时输入的参数过多，导致直接对电池的电化学-热耦合模型的输入参数进行修正的工作过程复杂，并且也无法保证动力学和机理的合理性。在此基础上，本发明实施方式公开的方法是先获取将关电池的已经修正后的参数，这些参数接近于电池产品的真实情况，将其作为输入参数，再根据预先建立的电池的电化学-热耦合模型获取的有关电池的电芯性能参数与实际电池产品的性能参数的误差小，精度高，可以降低后续有关电池的研发风险和安全风险，降低研发成本。
可选的，上述有关电池的修正后的参数可以来源于其它易于建立和修正的有关电池的模型，而为了降低研发成本和加快研发进度，所建立的电池的模型对应的产品的结构应该尽可能简单，并易于生产。
在此基础上，本发明该实施例还提供了一种以源于正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和单片电池的电化学热耦合模型的修正后的参数作为输入，再根据电池的电化学-热耦合模型获取有关电池的电芯性能参数的方法。
具体的，该方法的流程示意图如图2所示，其包括先建立正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型，对正极半电池的电化学模型的正极电化学参数和负极半电池的电化学模型的负极电化学参数进行修正，以修正后的参数再构建单片电池的电化学热耦合模型，对单片电池的电化学热耦合模型的参数进行二次修正，将二次修正后的参数作为输入参数，根据全电池的电化学-热耦合模型可以仿真出接近于真实电池的电芯性能参数。
通过这种方法建立的全电池的电化学-热耦合模型的与现有的直接建立的全电池的电化学-热耦合模型相比，对参数的修正更具有方向性和实际性，并且参数的修正主要针对于正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和单片电池的电化学热耦合模型，而每个模型修正的参数一般仅有3-5个，可以简单且快速的实现参数的修正。
由于在对上述正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和单片电池的电化学热耦合模型的修正过程中，需要将各个模型的仿真数据分别与实测数据相比较，为了节约成本和提高效率，实测数据可以来源于对产品电池对应的扣式电池，也可以来源于与产品电池对应的三电极电池(包括1片正极和2片负极，均为双面涂覆)。而为了保证修正后的参数的准确性和可靠性，所述扣式电池和三电极电池的尺寸和材料等应该与实际产品电池一致，即极片设计信息、隔膜和电解液等信息需要与全电池保持一致。
具体的，在建立正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化模型时，相关的参数如果能通过实验获得就采用实验数据，如果不能通过实验获得则采用文献数据。例如，建立上述模型需要电芯的尺寸参数、正负极极片和电解液的电导率、阻抗值和扩散系数等参数就可以通过实验获得，而电芯平均比热容、热导率、密度和孔隙率可以通过计算的方法得到，如计算电芯平均比热容和密度等可采用质量平均的方法(需考虑每个部件，ρi、Cpi和di分别为各层材料的密度、比热容和厚度，并且电解液厚度可采取孔隙率等效厚度)，计算不同方向导热系数采用等效热阻串并联的方法(厚度方向导热系数通过下式计算：展向导热系数通过下式计算：ki为各层材料的导热系数，kr和kz分别表示电芯的径向和轴向的导热系数)，其它不容易计算和测试的参数则可以参考文献资料中的文献值作为初始值。
对于正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化模型来说，需要修正的参数一般包括正极材料的粒径和负极材料的粒径(真实材料中的粒径大小不均一，而电化学机理模型是基于J.Newman模型建立的，因此正极材料和负极材料均考虑为同等粒径的球形颗粒)、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数等，对于单片电池的电化学-热耦合模型来说，一需要修正的参数一般包括电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数等。
此外，本发明实施例还提供了正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化模型的构建方法，首先需要确定正极半电池/负极半电池的几何模型。图3则是为本发明该实施方式提供的正/负极半电池的几何模型结构示意图。如图3所示，正极半电池的几何模型结构顺序依次为：正极集流体(不参与反应，以点表示)、正极多孔电极(单面涂覆)、隔膜和锂片(以点表示)，负极半电池的几何模型结构顺序依次为：负极集流体、负极多孔电极(单面涂覆)、隔膜和锂片。
在建立正极半电池的电化学模型或负极半电池的电化学模型的过程中，需要考虑物理场，并对应正极半电池的几何模型和负极半电池的几何模型为每个域加载相应的属性，根据每个域的具体的反应类型从下述公式中选择合适的公式并求解，以控制锂离子在每个域(即半电池的每个组分)的传输：
(1)锂离子从颗粒中心扩散到颗粒表面的过程：
在正极颗粒内部和负极颗粒内部到颗粒表面，主要发生理离子的扩散，采用Fick扩散定律：在锂离子从颗粒中心扩散到颗粒表面时，假设中心浓度为初始浓度，不随时间变化，扩散到颗粒表面，其边界条件为：
(2)颗粒与电解液的界面上发生电极反应的过程：
在颗粒与电解液的交界面上发生电极反应(副反应一般也在此界面上发生)，采用Butler-volmer方程： 电极界面上发生电化学计划产生电势：
(3)锂离子传质过程：
从界面上脱嵌进入多孔电极域电解液中，经电迁移及扩散到隔膜处电解液，再传输到对电极域电解液中。正负极多孔电极和隔膜域孔隙内充满电解液，发生锂离子传质过程，采用Nerst-Plank方程：多孔电极域与隔膜域的孔隙率及曲折度不同，锂离子运动轨迹也不同，必须对在正负极多孔电极和隔膜区域内电解液的电导率和扩散系数进行修正，其修正方程为：
(4)锂离子从电解液传输到对电极界面，在对电极域的界面上发生电极反应或副反应，再嵌入到颗粒内部，完成一次锂离子传输。锂离子嵌入和脱嵌同样适用上述Fick扩散方程和Butler-volmer方程。
接下来，需要设置边界条件。在设置边界条件时，主要考察正极集流体域和负极集流体域的电势，一般情况下，设置锂片末端为0V，正极集流体和负极集流体末端为电流导出端，电流密度由电芯的涉及方案而定(对于锂片来说，电势很低的，正极和负极与之相比均被看做正极)。
再设置边界条件后，对正极半电池的电化学模型的几何模型和负极半电池的电化学模型的几何模型进行有限元网格划分，即可完成正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的构建。
其中，上述各个公式中的含义如下所示：J-局部反应电流密度(A·m2)，av-比表面积(m2·m3)，i0-交换电流密度(A·m-2)，F-法拉第常数(96487C·mol-1)，η-过电位(v)，R-通用气体常数(9.314J.mol-1·K-1)，T-温度(K)，ka、kc-阳、阴离子电化学反应速率系数(m·S-l)，Cs,max-固相最大锂离子浓度(mol·m-3)，C1、C1,ref-电解质盐浓度、参考浓度(mol·m-3，-固相电势(v，-液相电势(V)，Eeq-电路电压(V)，εs、ε1-固、液相体积分数，-锂离子迁移数，ρ-密度(Kg m-3)，Cp-热容(J·Kg-1·K-1)，T、Tamb-温度、环境温度(K)，h-对流换热系数(W·m-2·K-1)，q-产热率(W·m-3)，σs、σ1-活性材料固相电导率、电解质电导率(S·m-1)。
根据确定的半电池对应的物理场、与所述物理场对应的求解域、电池中各个组件的物性参数和边界条件进行求解，可以提取出相关数据，进而获得相应的仿真数据。
例如，对于正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型来说，所述仿真数据可以为在不同容量条件下的放电性能曲线。
此外，在实现对正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型参数修正之前，需要对扣式电池和/或三电极电池进行实验以得到与上述仿真数据相对应的实测数据。例如，对于扣式电池来说，实测数据为扣式电池在不同容量条件下的放电性能曲线，对三电极电池来说，实测数据为三电极电池在不同容量条件下的放电性能曲线。
其中，对放电性能曲线的比对和相关参数修正的目的是可以得到不同类型的极化对电压降的贡献。电池电压U＝Eocv-ηcon-ηact-ηohm，其中Eocv为开路电压(在电流为0时，即为正负极开路电势之差)，ηcon为浓差极化过电势(电池在充放电时，由于锂离子的迁移，会存在浓度差，引起浓差极化)，ηact为反应极化过电势，ηohm为欧姆极化过电势。
可选的，可以通过任意方式来实现实测数据与仿真数据的比对，例如可以通过最小二乘法确定正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的仿真数据与实测数据的偏差值。具体的，可以通过以下公式实现实测数据和仿真数据的比对：其中，xi是实测数据时间点数据，yi是实测数据中电压值数据，S(xi)是仿真数据中对应实测数据xi时间点的数据。
在获得实测数据与正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的相应仿真数据的比对结果以后，需要对正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的与正负极相关的动力学参数进行参数修正，例如可修正的参数包括正极材料的粒径、负极材料的粒径、正极固相电导率、负极固定电导率、正极液相电导率、负极液相电导率、正极固相扩散系数、负极固相扩散系数、正极反应速率常数、负极反应速率常数和Bruggeman系数等。其中，对上述各种参数的修正方法是任意的，本领域技术人员可以自行选择参数修正方法，例如，可以采用迭代逼近法对半电池的电化学模型中的固相电导率进行修正，以修正电导率为例，公式为其中，σ(xi)为对应于实测数据时间点xi下修正后的电导率；σ(xi)init对应于实测数据时间点xi下的初始电导率。
示例性的，如图4和图5所示，本发明实施例还提供了正极半电池电化学模型与实测数据的SOC-OCV曲线对比图和负极半电池电化学模型与实测数据的SOC-OCV曲线对比图。在设计电池电芯时，已经确定了全电池的容量Qcell，正极半电池部分和负极半电池部分的电流需要与全电池的电流保持一致，图4和图5示出的是修正完成后的正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型以0.05C的电流进行恒流放电得到的SOC-OCV曲线，此时的实测数据与仿真数据的吻合度较高，基本可以将当前的正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型的参数作为单片电池的电化学-热耦合模型的输入参数。
类似的，还可以获得正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型模拟不同倍率下的正负极的放电曲线与三电极电池在不同倍率下的正负极的放电曲线对比关系，以实现分解各个组件对极化的贡献情况。
不断重复上述仿真数据与实测数据的比对和对模型参数的修正，在实测数据与正极半电池的电化学模型的仿真数据和负极半电池的电化学模型的仿真数据的偏差值均在第一预设范围内，才确定当前正极半电池的电化学模型的参数和负极半电池的电化学模型的参数修正完毕，可以将当前的正极半电池的电化学模型的参数和负极半电池的电化学模型的参数作为输入来构建电池的电化学-热耦合模型。
考虑到一个电化学单元(包括正极、隔膜和负极)的电池与全叠片电池相比，全叠片电池在电路学上相当于多个电化学单元并联，而采用一个电化学单元计算是最简单有效的模式，因此优选采用一个电化学单元建立全电池的电化学-热模型，全电池的热模型只需要按照产品电池的真实尺寸建立即可。对于全电池的电化学-热耦合模型来说，此时可修正的参数基本可以看做是方形电池结构件带来的热参数误差，可相应修正结构件属性热参数。在此基础上，可以先根据修正后的正极半电池的电化学模型的参数和负极半电池的电化学模型的参数作为输入来构建单片电池的电化学-热耦合模型并修正单片电池的电化学-热耦合模型，再以修正后的单片电池的电化学-热耦合模型为依据构建全电池的电化学-热耦合模型。
对于单片电池的电化学-热耦合模型来说，需要分别单片电池的电化学模型和热模型。单片电池的电化学模型的建立过程与上述建立正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型的过程类似，可以先建立一个全电池的五层结构的一维有限元电化学几何模型，单片电池的几何模型的结构示意图如图6所示，以电芯厚度方向为轴，顺序依次为：正极集流体(厚度为集流体厚度一半)、正极多孔电极(单面涂覆)、隔膜、负极多孔电极(单面涂覆)和负极集流体(厚度为集流体厚度一半)。在相应的几何模型区域加载材料属性，包括正极、负极和电解液，正极集流体可以加载Al的属性，负极集流体可以加载Cu的属性，隔膜区域可以加载电解液的属性，多孔电极区域可以加载正极极片属性和负极极片属性，空隙内可以加载电解液属性，接下来的过程和方法与上述构建正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型的过程和方法类似，区别在于单片电池的电化学模型需要根据全电池的容量来设定放电电流的倍率(单位为C)，以确定全电池的放电电流密度，此外，单片电池的电化学模型的电化学机理与上述正极半电池电化学模型和负极半电池电化学模型的机理一致，于此不再重复介绍。
其次，对于单片电池的热模型来说，具体过程如下所示：
(1)加载相应的材料属性、极组添加极组总热导率、总密度、总比热容等参数属性、铝塑膜加载铝塑膜热属性，其中，导热系数和比热容可以由上述相关公式计算得出，作为单片电池的热模型的初值；
(2)在电化学模型中为每个域加载热场，把极组平均瞬态产热率当做电化学产热加载到极组位置。极耳平均热采用I2*R进行计算，I为输入电流，R为极耳电阻式中σ-tab为极耳电导率，Height_tab、Width_tab、Thickness_tab分别为极耳的高、宽、厚)，极耳平均产热加载到极耳位置；
(3)对铝塑膜和裸露在空气中的极耳进行边界设置，主要采用空气的对流换热等式：其中，h为对流换热系数(W·m-2·K-1)，T为温度(K)，Tamb为环境温度(K)；
(4)对极组加载不同不同方向的导热系数，完成边界设置；
(5)对热模型进行有限元网格划分，完成热模型的设置。
将上述单片电池的电化学模型加载至上述单片电池的热模型，即可得到单片电池的电化学-热耦合模型。
对于单片电池的电化学-热耦合模型来说，所述仿真数据可以为在不同容量条件下的放电性能曲线、正极SOC-OCV曲线、负极SOC-OCV曲线等。
将单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与实测数据进行比对时，所述实测数据也可以来源于扣式电池和/或三电极电池，例如对于扣式电池来说，实测数据可以为扣式电池在不同容量条件下的放电性能曲线，对于三电极电池来说，实测数据可以为三电极电池在不同容量条件下的充放电性能曲线、正极SOC-OCV曲线和负极SOC-OCV曲线等。
与上述正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的修正方法和比对方法类似，对于单片电池的电化学-热耦合模型来说，也可以采用最小二乘法确定单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与实测数据的偏差值，采用迭代逼近法对单片电池的电化学-热耦合模型的参数进行修正。
不断重复上述仿真数据与实测数据的比对和对模型参数的修正，在实测数据与单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据的偏差值在第二预设范围内时，才确定当前的单片电池的电化学-热耦合模型的参数修正完毕，可以将当前的单片电池的电化学-热耦合模型的参数作为电池修正后的参数作为输入来构建电池的电化学-热耦合模型(该电化学-热耦合模型为包括多片电池的全电池的模型)。
其中，在完成单片电池的电化学-热耦合模型的构建以后，可以对单片电池的电化学-热耦合模型进行修正的参数包括电化学参数、动力学参数和热参数等，例如，电解液离子电导率及扩散系数、固相扩散系数、液相扩散系数、离子电导率、不同方向的导热系数和对流换热系数等。通过对单片电池的电化学-热耦合模型的修正，以完成有关电池参数的二次修正。
可选的，上述第一预设范围和第二预设范围可以由本领域技术人员根据实际需要自行设定，并且所述第一预设范围与所述第二预设范围可以相等，也可以不相等。例如，可以设定所述第一预设范围和所述第二预设范围均为10％以内，并在仿真数据与实测数据的偏差值在10％以内时，认定模型修正完成，即仿真精度高于90％时才停止修正。
上述将当前的单片电池的电化学-热耦合模型的参数作为电池修正后的参数作为输入来构建电池的电化学-热耦合模型的过程与上述构建单片电池的电化学-热耦合模型的过程类似。其中，电化学模型的构建过程一致，区别在于全电池的热模型中还需要导入方形电池尺寸参数(即后续需要生产的产品电池的尺寸参数)。
在通过本发明上述实施例提供方法完成电池的电化学-热耦合模型的构建以后，可以将电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与实测数据进行比对，以验证上述电池的电化学-热耦合模型的可靠性和准确性。
如图7和图8所示，该实施例以NMC811活性材料为正极，石墨活性材料为负极的全电池在常温下以0.33C、0.5C、1C、1.2C、1.4C、1.6C、2C倍率下放电的仿真曲线与实测曲线的对比图和充电的仿真曲线与实测曲线的对比图，图中的放电电压随时间变化，电压区间为2.8V至4.2V，充电电压随时间变化，电压区间也为2.8V至4.2V，与实测曲线相比，呈现出较高的吻合度。即采用本发明实施例提供的方法获取电池电芯性参数与实际电池电芯的性能参数非常接近，可以直接用仿真数据来预测真实的电池电芯性能，并以此为依据确定电芯优化方向，可以减少DOE实验量，并能节约时间和成本。
通过本发明实施例提供的电池电芯性能参数获取方法，可以进行电芯设计前期的性能预测和验证后期的为BMS部门和PACK部门提供的电池功率mapping数据和内阻mapping数据，能够实现减少测试资源，加快电池研发进度的目的。
本发明实施例中的实测数据进来源于扣式电池和三电极电池，相对于制作多层数叠片的大容量电芯来说，其具有成本低，制作周期短和制造过程简单的优点。
此外，本发明实施例提供的方法可以很好的预研单体电芯的性能，为进一步提升仿真精度，可根据实际尺寸电芯的A样数据反复修正全电池模型参数，以达到减少B样、C样电池功率mapping和内阻mapping等测试量的目的。
图9为本发明实施方式提供的电池电芯性能参数获取装置的结果框图。如图9所示，所述电池电芯性能参数获取装置包括获取模块910和处理模块920。其中，所述获取模块910用于获取有关电池的修正后的参数，处理模块920用于根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，得到所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
其中，所述电芯性能参数可以为以下中的一者或多者：容量、充电速率、放电速率、高低温性能、直流内阻和OCV-SOC特性。
可选的，可以通过以下方式获得有关电池的修正参数：先建立正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型，对正极半电池的电化学模型的正极电化学参数和负极半电池的电化学模型的负极电化学参数进行修正，以修正后的参数再构建单片电池的电化学热耦合模型，对单片电池的电化学热耦合模型的参数进行二次修正，二次修正后的参数即可作为所述有关电池的修正参数。
可选的，所述有关电池的修正后的参数可以包括以下中的一者或多者：正极材料的粒径、负极材料的粒径、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数、电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数。
本发明实施例提供的电池电芯性能参数获取装置的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的电池电芯性能参数获取方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有指令，用于执行上述中任一项所述的电池电芯性能参数获取方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述方法包括：
获取有关电池的修正后的参数；以及
根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，得到所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
2.根据权利要求1所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述方法还包括通过以下方式获取所述有关电池的修正后的参数：
根据所述电池的正极半电池的电化学模型的仿真数据和所述电池的负极半电池的电化学模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果，对所述正极半电池的电化学模型和所述负极半电池的电化学模型进行修正；
在所述正极半电池的电化学模型的仿真数据和所述负极半电池的电化学模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果的偏差值在第一预设范围内时，获取当前的正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的参数；
根据所述获取当前的正极半电池的电化学模型和负极半电池的电化学模型的参数构建与所述电池对应的单片电池的电化学-热耦合模型，并根据单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据比对结果，对所述单片电池的电化学-热耦合模型进行修正；
在所述单片电池的电化学热耦合模型的仿真数据与有关所述电池的实测数据的比对结果的偏差值在第二预设范围内时，获取当前的单片电池的电化学热耦合模型的参数，并将所述当前的单片电池的电化学-热耦合模型的参数作为所述有关电池的修正后的参数。
3.根据权利要求2所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过最小二乘法确定所述正极半电池的电化学模型、负极半电池的电化学模型和单片电池的电化学-热耦合模型的仿真数据与实测数据的偏差值。
4.根据权利要求2所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述实测数据为与所述电池对应的扣式电池的实测数据和/或与所述电池对应的三电极电池的实测数据。
5.根据权利要求4所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，
所述扣式电池的实测数据为所述扣式电池在不同容量条件下的放电性能曲线；
所述正极半电池的电化学模型的仿真数据为所述正极半电池的电化学模型在不同容量条件下的放电性能曲线；
所述负极半电池的电化学模型的仿真数据为所述负极半电池的电化学模型在不同容量条件下的放电性能曲线；
所述三电极电池的实测数据为所述三电极电池在不同容量条件下的充电性能曲线和放电性能曲线；
所述单片电池的电化学热耦合模型的仿真数据为所述单片电池的电化学-热耦合模型在不同容量条件下的充电性能曲线和放电性能曲线。
6.根据权利要求1所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述有关电池的修正后的参数包括以下中的一者或多者：正极材料的粒径、负极材料的粒径、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数、电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数。
7.根据权利要求1所述的电池电芯性能参数获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据获取的电池的电芯性能的种类确定物理场；以及
根据所述物理场、与所述物理场对应的求解域、物性参数和边界条件建立所述电池的电化学-热耦合模型，
其中，所述电池的电芯性能的种类包括：容量、充电速率、放电速率、高低温性能、直流内阻和OCV-SOC特性。
8.一种电池电芯性能参数获取装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取有关电池的修正后的参数；以及
处理模块，用于根据预先建立的所述电池的电化学-热耦合模型和所述有关电池的修正参数，得到所述电池的电化学-热耦合模型输出的有关所述电池的电芯性能参数。
9.根据权利要求8所述的电池电芯性能参数获取装置，其特征在于，所述有关电池的修正后的参数包括以下中的一者或多者：正极材料的粒径、负极材料的粒径、固相扩散系数、固相电导率、反应速率常数、电解液扩散系数、液相电导率、电极片的导热系数、比热容和对流换热系数。
10.一种机器可读存储介质，所述机器可读存储上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据权利要求1-7中任一项所述的电池电芯性能参数获取方法。
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