CN112749497A - 一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，包括用不同抗变形能力的测试夹具，对单电芯在相同条件下进行循环膨胀力测试；计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度；获取单电芯循环至EOL状态时，不同夹具刚度下对应的膨胀力；拟合不同夹具刚度与单电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线；计算锂离子电池成组的刚度并带入关系式中，得到在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，获得电池组的膨胀力预测结果。本发明能够准确有效的对电池组系统进行膨胀力预测，在电池组系统设计的初期即可对系统的膨胀力进行预测，并且在系统设计方案变更后需重新进行测试。

Description

一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法。
背景技术
锂电池模组或电池包包括电芯、端板、侧板等结构件组成，锂电池在模组或电池包系统内，在循环过程中由于极片增厚的宏观表现为电芯厚度尺寸增加的膨胀行为。对于不同的系统设计，由于其端板或电芯约束部件的抗变形能力存在差异，最终导致相同型号的电芯放在不同设计的系统里，其最终表现出的膨胀力或变形量存在差异。
目前锂电池模组或电池包的膨胀力预测方式，通常采用直接对整个锂电池模组或电池包进行系统层级的膨胀力测试。这种方法存在的缺陷为：无法在系统设计的初期对系统的膨胀力进行预测；系统设计方案变更后需重新进行测试。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，能够准确有效的对电池组系统进行膨胀力预测，在电池组系统设计的初期即可对系统的膨胀力进行预测，实现强度可靠性评估，并且在系统设计方案变更后不需要重新进行测试。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，包括步骤：
S10,利用不同抗变形能力的测试夹具，对单电芯在相同条件下进行循环膨胀力测试；
S20,采用有限元方法计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度；
S30,根据步骤S10的测试结果，获取单电芯循环至EOL状态时，不同夹具刚度下对应的膨胀力；
S40,根据步骤S30的结果拟合不同夹具刚度与单电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线；
S50,采用有限元方法计算锂离子电池成组的刚度；
S60,将所得到的锂离子电池成组的刚度带入步骤S40得到的关系式中，得到在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力；
S70,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，根据评估电池组的强度可靠性，获得电池组的膨胀力预测结果。
进一步的是，采用有限元方法计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度Kcell：
在有限元计算中根据设定的电芯膨胀率αcell，提取与膨胀率对应的电芯膨胀力Fcell，从而构建电芯膨胀率αcell与膨胀力Fcell之间的关系曲线；
通过数据拟合得到关系曲线的关系式：Fcell＝Kcell*αcell；
其中，αcell为电芯膨胀率，Fcell为与膨胀率对应的电芯膨胀力，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
进一步的是，根据步骤S30的结果拟合不同夹具刚度与电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线：根据多项式拟合，得到Feol＝A*Kcell 3+B*Kcell 2+C*Kcell+D；其中，Feol为EOL状态时对应的膨胀力，A、B、C和D为拟合参数，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
进一步的是，采用有限元方法计算锂离子电池成组的刚度K0：
在有限元计算中根据设定的电池组中电芯膨胀率αsystem，提取与之对应的电池组中电芯膨胀力Fsystem，得到电芯膨胀率αsystem与膨胀力Fsystem之间的关系曲线，通过数据拟合得到Fsystem＝K0*αsystem；其中αsystem为电池组中电芯的膨胀率，Fsystem为与膨胀率对应的电池组中电芯的膨胀力，K0即为该电池组的刚度。
进一步的是，将有限元计算得到的锂离子电池成组的刚度K0带入步骤S40得到的关系式中，得到在电池组的刚度K0条件下电芯在EOL状态时的膨胀力Fsystem。
进一步的是，在所述步骤S70中,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，通过在建模分析软件中建立的电池组模型对输入的参数进行模拟、评估，若模型在电池组可靠承受范围内，则认定电池组的膨胀力可承受力度，作为最终膨胀力预测结果。
采用本技术方案的有益效果：
本发明通过从电池组中的单电芯进行预测整个电池组的膨胀力，能够更准确的预测电池组层级的膨胀力。本发明能够在电池组方案设计的初期对其的膨胀力进行识别，能够在项目未开始之前获取约束刚度K和EOL状态膨胀力F之间的关系，实现电池强度可靠性评估，缩短项目开发周期。本发明不需要对每个项目进行单独的电芯测试，凡是采用相同型号电芯的电池组系统方案均可以沿用上述规律，整合了测试资源，节约测试成本。本发明无需进行系统层级的膨胀力测试，节约测试成本。
附图说明
图1为本发明的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法流程示意图；
图2为本发明实施例中不同夹具刚度与单电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，包括步骤：S10-S70。
S10,利用不同抗变形能力的测试夹具，对单电芯在相同条件下进行循环膨胀力测试；
S20,采用有限元方法计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度Kcell：
在有限元计算中根据设定的电芯膨胀率αcell，提取与膨胀率对应的电芯膨胀力Fcell，从而构建电芯膨胀率αcell与膨胀力Fcell之间的关系曲线；
通过数据拟合得到关系曲线的关系式：Fcell＝Kcell*αcell；
其中，αcell为电芯膨胀率，Fcell为与膨胀率对应的电芯膨胀力，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
S30,根据步骤S10的测试结果，获取单电芯循环至EOL状态时，不同夹具刚度下对应的膨胀力。
S40,根据步骤S30的结果拟合不同夹具刚度与单电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线，如图2所示；
根据多项式拟合，得到Feol＝A*Kcell 3+B*Kcell 2+C*Kcell+D；其中，Feol为EOL状态时对应的膨胀力，A、B、C和D为拟合参数，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
S50,采用有限元方法计算锂离子电池成组的刚度K0：
在有限元计算中根据设定的电池组中电芯膨胀率αsystem，提取与之对应的电池组中电芯膨胀力Fsystem，得到电芯膨胀率αsystem与膨胀力Fsystem之间的关系曲线，通过数据拟合得到Fsystem＝K0*αsystem；其中αsystem为电池组中电芯的膨胀率，Fsystem为与膨胀率对应的电池组中电芯的膨胀力，K0即为该电池组的刚度。
S60,将所得到的锂离子电池成组的刚度K0带入步骤S40得到的关系式中，得到在电池组的刚度K0条件下电池组在EOL状态时的膨胀力Fsystem。
S70,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，根据评估电池组的强度可靠性，获得电池组的膨胀力预测结果。
在所述步骤S70中,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，通过在建模分析软件中建立的电池组模型对输入的参数进行模拟、评估，若模型在电池组可靠承受范围内，则认定电池组的膨胀力可承受力度，作为最终膨胀力预测结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，包括步骤：
S10,利用不同抗变形能力的测试夹具，对单电芯在相同条件下进行循环膨胀力测试；
S20,采用有限元方法计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度；
S30,根据步骤S10的测试结果，获取单电芯循环至EOL状态时，不同夹具刚度下对应的膨胀力；
S40,根据步骤S30的结果拟合不同夹具刚度与单电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线；
S50,采用有限元方法计算锂离子电池成组的刚度；
S60,将所得到的锂离子电池成组的刚度带入步骤S40得到的关系式中，得到在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力；
S70,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，根据评估电池组的强度可靠性，获得电池组的膨胀力预测结果。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，采用有限元方法计算所述不同抗变形能力的测试夹具在进行单电芯膨胀力时的刚度Kcell：
在有限元计算中根据设定的电芯膨胀率αcell，提取与膨胀率对应的电芯膨胀力Fcell，从而构建电芯膨胀率αcell与膨胀力Fcell之间的关系曲线；
通过数据拟合得到关系曲线的关系式：Fcell＝Kcell*αcell；
其中，αcell为电芯膨胀率，Fcell为与膨胀率对应的电芯膨胀力，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，根据步骤S30的结果拟合不同夹具刚度与电芯EOL状态时对应的膨胀力的关系曲线：根据多项式拟合，得到Feol＝A*Kcell 3+B*Kcell 2+C*Kcell+D；其中，Feol为EOL状态时对应的膨胀力，A、B、C和D为拟合参数，Kcell即为该电芯测试夹具的刚度。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，采用有限元方法计算锂离子电池成组的刚度K0：
在有限元计算中根据设定的电池组中电芯膨胀率αsystem，提取与之对应的电池组中电芯膨胀力Fsystem，得到电芯膨胀率αsystem与膨胀力Fsystem之间的关系曲线，通过数据拟合得到Fsystem＝K0*αsystem；其中αsystem为电池组中电芯的膨胀率，Fsystem为与膨胀率对应的电池组中电芯的膨胀力，K0即为该电池组的刚度。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，将有限元计算得到的锂离子电池成组的刚度K0带入步骤S40得到的关系式中，得到在电池组的刚度K0条件下电芯在EOL状态时的膨胀力Fsystem。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池模组或电池包的膨胀力预测方法，其特征在于，在所述步骤S70中,将步骤S60得到的在电池组的刚度条件下电池组在EOL状态时的膨胀力输入建模分析软件，通过在建模分析软件中建立的电池组模型对输入的参数进行模拟、评估，若模型在电池组可靠承受范围内，则认定电池组的膨胀力可承受力度，作为最终膨胀力预测结果。
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