CN114117737A - 锂离子电池仿真方法、装置、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明适用于锂离子电池技术领域，提供了一种锂离子电池仿真方法、装置、电子设备及可读存储介质，方法包括：构建与锂离子电池相应的电池仿真模型，电池仿真模型的负极具有M个负极层；获取N个负极层参数配置，每一负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；针对各个负极层参数配置，利用负极层参数配置中的各个孔隙率分别对电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；从N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置锂离子电池的负极。由此，能降低锂离子电池的负极结构的开发时间和成本。

Description

锂离子电池仿真方法、装置、电子设备及可读存储介质

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池仿真方法、锂离子电池仿真装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

随着各个国家对燃料能源消耗和环境污染问题的不断重视，新能源技术和产品得到了飞速发展。尤其是，锂电池以其清洁、高效的特性而在诸如汽车、电动车之类的众多产品上得到应用。

然而，锂离子电池在快充和多次循环之后，容易在负极上出现析锂问题，这跟负极靠近隔膜处的孔隙率有很大的关系，尤其是具有基本均一的孔隙率的负极结构的锂离子电池。

在目前相关技术中，电池一般具有保持均一的孔隙率的负极结构，使得在经过辊压之后，负极靠近隔膜处的孔隙率变得更小，不利于锂离子在电解液中的扩散，降低了电池的充放电性能的同时，还提高了锂析出的风险。此外，锂枝晶的形成不仅会造成电池容量的快速衰减，还容易引起电池的短路并可能会导致电池燃烧的严重后果。

因此，具有非均匀的孔隙率的负极结构是锂离子电池的重要技术发展方向。但是，在利用传统的实验方式或测试手段来测试锂离子电池时，需要花费大量的时间去开发和验证，导致较长的开发时间周期和较大的资源成本消耗。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种锂离子电池仿真方法及装置，以至少解决现有技术中对锂离子电池的负极结构的孔隙率的开发周期较长且资源成本消耗较大的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种锂离子电池仿真方法，包括：构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层；获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数；针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

本发明实施例提供的锂离子电池仿真方法与现有技术相比存在的有益效果是：

在构建了锂离子电池的电池仿真模型之后，可以获取多个负极层参数配置，并通过不同的负极层参数配置中的分层孔隙率分别对电池仿真模型的负极进行设置，利用相同的充放电循环条件对不同负极设置的电池仿真模型进行容量衰减测试，以快速找到容量衰减最小的目标负极层参数配置。由此，在锂电池仿真过程中，可以快速、有效地在N个负极层参数配置中找到最优配置，得到对锂离子电池的负极的多层结构的孔隙率的优质配置方案，为开发人员确定锂离子电池的负极结构提供有力的理论支撑，能有效降低开发时间周期和开发资源成本。

在一个实施例中，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的厚度和孔隙率。

通过采用上述技术方案，在锂离子电池的仿真过程中，除了设置电池仿真模型的负极的各层的孔隙率之外，还可以设置各负极层的厚度，能够为锂离子电池的负极结构的参数设置提供更全面的参考。

在一个实施例中，所述获取N个负极层参数配置，包括：获取用户输入参数，并确定相应的厚度测试区间和孔隙率测试区间；按照预设的抽样规则在所述厚度测试区间和所述孔隙率测试区间中进行抽样，以确定对应所述电池仿真模型中第一负极层的采样厚度和采样孔隙率；基于所述锂离子电池的电池容量和所述第一负极层的采样厚度和采样孔隙率，确定第二负极层的厚度和孔隙率；基于所述第一负极层的采样厚度和采样空隙率和所述第二负极层的厚度和孔隙率，确定负极层参数配置。

通过采用上述技术方案，用户只需要通过输入操作来限定厚度测试区间和相应的孔隙率测试区间，便可以自动通过抽样操作来选定适宜的负极层参数配置，无需用户直接确定负极层参数配置(例如，梯度孔隙率)，能有效提高确定负极层参数配置的效率，加速仿真进程。

在一个实施例中，所述抽样规则包括拉丁超立方抽样规则。

通过采用上述技术方案，采用拉丁超立方抽样规则的分层抽样技术，实现从多元参数分布中近似随机抽样，能够满足对锂电池负极中多层结构的不同参数的抽样需求。

在一个实施例中，在所述获取N个负极层参数配置之前，所述方法还包括：获取所述锂离子电池对应预设充放电倍率的充放电实测结果；获取所述电池仿真模型对应所述预设充放电倍率的充放电仿真结果；验证所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果是否相匹配；如果所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果不匹配，则确定所构建的电池仿真模型无效；如果所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果匹配，则确定所构建的电池仿真模型有效。

通过采用上述技术方案，在电池仿真模型成功构建之后，可以将对应同等充放电倍率的电池仿真模型的充放电仿真测试结果与锂离子电池的充放电实测结果进行对比，从而识别电池仿真模型是否有效，便于在确保电池仿真模型与实际锂离子电池相匹配的情况下才执行后续的仿真测试操作，保障最终所确定的负极层参数配置的可靠性。

在一个实施例中，所述在从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极，包括：构建与对照锂离子电池相应的对照电池模型；其中，所述对照电池模型的的负极具有M个负极层，并且各个所述负极层具有相同的预设孔隙率；获取所述对照电池模型对应所述充放电循环条件的对照电池容量衰减结果；将所述对照电池容量衰减结果与所述最小的电池容量衰减结果进行对比；如果所述对照电池容量衰减结果小于或等于所述最小的电池容量衰减结果，则确定所述目标负极层参数配置无效；如果所述对照电池容量衰减结果大于所述最小的电池容量衰减结果，则确定所述目标负极层参数配置有效，并能够用于设置所述锂离子电池的负极。

通过采用上述技术方案，将对照电池模型的电池容量衰减结果与电池仿真模型的最小的电池容量衰减结果进行比较，使得具有目标负极层参数配置的电池仿真模型优于具有均匀孔隙率的负极配置的对照电池模型，提升了目标负极层参数配置的可靠性和参考价值。

在一个实施例中，所述构建与锂离子电池相应的电池仿真模型，包括：获取锂离子电池的物性参数及电化学参数；基于所述物性参数和所述电化学参数，构建电池仿真模型。

通过采用上述技术方案，利用锂离子电池的物性参数及电化学参数来构建电池仿真模型，使得所构建的电池仿真模型能够较佳地模拟锂离子电池的工作过程。

本发明实施例的第二方面提供了一种锂离子电池仿真装置，包括：模型构建单元，被配置为构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层；负极层参数获取单元，被配置为获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数；负极层设置单元，被配置为针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；容量衰减识别单元，被配置为按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；目标负极配置确定单元，被配置为从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

本发明实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备实现如上述方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法的一示例的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的获取负极层参数配置的一示例的流程图；

图3示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法的一示例流程图；

图4示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法在模型标定阶段的一示例的流程图；

图5示出了根据本发明实施例的充放电实测结果和充放电仿真结果所对应的SOC-电压曲线示意图；

图6示出了根据本发明实施例的确定目标负极层参数配置的一示例的流程图；

图7示出了根据本发明实施例对照组电池和仿真组电池的循环测试结果示意图；

图8示出了根据本发明实施例的具有梯度的孔隙率结构的负极的锂离子电池的示意图；

图9示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真装置的一示例的结构框图；

图10是本发明实施例的电子设备的一示例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

具体实现中，本发明实施例中描述的电子设备包括但不限于诸如具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的移动电话、膝上型计算机或平板计算机之类的其它便携式设备。还应当理解的是，在某些实施例中，上述设备并非便携式通信设备，而是具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的台式计算机。

在接下来的讨论中，描述了包括显示器和触摸敏感表面的电子设备。然而，应当理解的是，电子设备可以包括诸如物理键盘、鼠标和/或控制杆的一个或多个其它物理用户接口设备。

可以在电子设备上执行的各种应用程序可以使用诸如触摸敏感表面的至少一个公共物理用户接口设备。可以在应用程序之间和/或相应应用程序内调整和/或改变触摸敏感表面的一个或多个功能以及终端上显示的相应信息。这样，终端的公共物理架构(例如，触摸敏感表面)可以支持具有对用户而言直观且透明的用户界面的各种应用程序。

另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法的一示例的流程图。关于本发明实施例方法的执行主体，其可以是各种类型的仿真电子设备，例如笔记本电脑或台式机等。

如图1所示，在步骤110中，构建与锂离子电池相应的电池仿真模型。这里，电池仿真模型的负极具有M个负极层，M是大于1的自然数。

应理解的是，本发明可以采用各种电池仿真技术来构建与锂离子电池相应的电池仿真模型，并且还可以利用第三方电池仿真平台或软件来构建模型等，在此应不加限制。另外，电池仿真模型可以采用准二维电化学模型，并且电池仿真模型的负极可以是多层结构，将电芯分为负极集流体、多层负极、隔膜、正极和正极集流体。

在步骤120中，获取N个负极层参数配置。这里，每一负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率，并且N为大于1的自然数。应理解的是，负极层参数配置还可以包含除了孔隙率之外的其他类型的参数，例如负极层的厚度等。

具体地，一方面，可以是由开发人员预先设定各项负极层参数配置，并直接将其输入至仿真电子设备中。另一方面，还可以是由开发人员向仿真电子设备中输入针对负极结构的相关选型参数或区间范围，以由仿真电子设备通过扫描而自动生成相应的负极层参数配置。

在步骤130中，针对各个负极层参数配置，利用负极层参数配置中的各个孔隙率分别对电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置。

示例性地，利用N个负极层参数配置，分别对电池仿真模型依次进行负极孔隙率设置，可以得到相应的N个具有不同负极结构设置的电池仿真模型。

在步骤140中，按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果。这里，电池容量衰减结果可以利用指标容量保持率的浮动信息来确定。

示例性地，充放电循环条件可以是在仿真环境中各个不同负极结构设置的电池仿真模型的循环次数，由此得到不同电池仿真模型在对应循环次数作用下的电池容量衰减结果。

在步骤150中，从N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置锂离子电池的负极。应理解的是，仿真操作的目标可以只是为了给研发人员提供数据的理论参考价值。因此，一方面，仿真电子设备可以仅仅输出相应的目标负极层参数配置，以为锂离子电池的负极结构设计提供参考依据；另一方面，仿真电子设备还可以直接利用目标负极层参数配置对锂离子电池的负极进行设置，例如通过接入其他生产设备来生产出具有目标负极层参数配置的负极的锂离子电池，且都属于本发明实施例的实施范围内。

通过本发明实施例，根据电池容量衰减结果从N个负极层参数配置中筛选最优负极层参数配置，产出对应锂离子电池的负极的多层结构的孔隙率的优质配置方案，具有较高的参考价值，并能够加快锂离子电池结构的研发效率。

图2示出了根据本发明实施例的获取负极层参数配置的一示例的流程图。

如图2所示，在步骤210中，获取用户输入参数，并确定相应的厚度测试区间和孔隙率测试区间。这里，每一负极层参数配置均包括M个负极层的厚度和孔隙率。在一些示例中，为了实现特定的电池理论容量，在锂离子电池负极中的各个负极层采用不同孔隙率时，还可能需要对相应负极层的厚度进行调整。

另外，厚度测试区间和孔隙率测试区间可以分别表示锂离子电池的负极层厚度和孔隙率的理论可行取值范围，并且还可以基于产品需求或业务场景而进行调整。结合应用场景来说，在仿真电子设备上可以显示交互控件，并且用户可以通过操作此交互控件而输入参数，例如用户可以通过输入参数来设置厚度测试区间和孔隙率测试区间。

在步骤220中，按照预设的抽样规则在厚度测试区间和孔隙率测试区间中进行抽样，以确定对应电池仿真模型中第一负极层的采样厚度和采样孔隙率。应理解的是，第一负极层可以表示锂离子电池负极中的一个或多个负极层，在此应不加限制。示例性地，可以通过抽样规则对电池中的多个负极层的厚度和孔隙率进行抽样，从而得到负极中部分负极层的厚度和孔隙率的采样值。

在步骤230中，基于锂离子电池的电池容量和负极厚度、以及第一负极层的采样厚度和采样孔隙率，确定第二负极层的厚度和孔隙率。这里，锂离子电池的电池容量和负极厚度可以是预先设定的标准值(例如，97331C/m²)。

示例性地，锂离子电池的负极厚度可以是第一负极层的采样厚度与第二负极层的厚度之间的求和值，而在确定第二负极层的孔隙率时，应当保证锂离子电池的电池容量保持为标准值(例如，97331C/m²)。

在步骤240中，基于第一负极层的采样厚度和采样孔隙率和第二负极层的厚度和孔隙率，确定负极层参数配置。例如，可以得到电池负极中M个负极层的厚度和孔隙率，在一些情况下，可以实现具有梯度孔隙率的负极结构。

在一些实施方式中，可以重复执行N次步骤210～240，以得到相应的N个负极层参数配置。由此，只需通过针对仿真电子设备的用户输入操作，限定相应的厚度测试区间和相应的孔隙率测试区间，便可以自动通过抽样操作来选定适宜的负极层参数配置，无需用户自己设想负极层参数组合。

图3示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法的一示例流程图。

如图3所示，锂离子电池仿真方法300包括模型构建阶段310、模型标定阶段320、参数化扫描阶段330和负极优化配置确定阶段340。通过电化学模型优化电池负极中多层结构，实现具有梯度孔隙率结构的负极，并且包含该负极的锂离子电池能够实现较佳的充放电特性和循环寿命。

在模型构建阶段310中，仿真电子设备可以获取锂离子电池的物性参数及电化学参数，并基于物性参数和电化学参数来构建电池仿真模型。这里，可以通过电池设计说明书、实验测试、文献查询等方式，得到待仿真的样品电池的基本物性参数及电化学参数。

具体地，锂离子电池的物性参数可以包括电池尺寸参数(例如，电池厚度)等，而电化学参数可以包含额定容量、额定电压等，并利用上述参数信息来调用电化学模型软件来建立电化学模型。

示例性地，开发人员可以将上述所得材料和工艺参数输入基于电化学模型的商业软件，并将充放电模式设置成真实的充放电循环条件，从而搭建相应的电化学模型。例如，充放电循环条件是：步骤1)、1C恒流充电至4.2V；步骤2)、4.2V恒压直到电流达到1/20C；步骤3)、2C恒流放电至2.8V；步骤4)、重复步骤1)到3)，直到满足指定循环次数3500次或者容量保持率低于50％。

在模型标定阶段320中，对电化学模型的有效性进行验证，并在确定电化学模型有效之后才能继续后续的仿真测试操作。

具体地，图4示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真方法在模型标定阶段的一示例的流程图。如图4所示，在步骤410中，获取锂离子电池对应预设充放电倍率的充放电实测结果。这里，充放电倍率＝充放电电流/额定容量；例如：额定容量为100Ah的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。在步骤420中，获取电池仿真模型对应预设充放电倍率的充放电仿真结果。在步骤430中，验证充放电实测结果与充放电仿真结果是否相匹配。如果充放电实测结果与充放电仿真结果不匹配，则跳转至步骤441；在步骤441中，确定所构建的电池仿真模型无效。如果充放电实测结果与充放电仿真结果匹配，则跳转至步骤443；在步骤443中，确定所构建的电池仿真模型有效。

示例性地，如果充放电实测结果与充放电仿真结果之间的误差相差较小，例如最大误差小于3％且均方根误差小于2％，则确定所构建的电池仿真模型有效，完成模型标定操作。图5示出了充放电实测结果和充放电仿真结果所对应的SOC电压曲线示意图。如图5所示，第一曲线显示了实际试验测试阶段针对锂离子电池的充放电实测结果，第二曲线示出了在仿真阶段针对电池仿真模型的充放电仿真结果，二者之间具有较高的吻合度，已成功标定模型。

在参数化扫描阶段330中，确定多个负极层参数配置，并利用各个负极层参数配置分别对电池仿真模型的负极的相应负极层进行设置，通过充放电循环测试，以得到相应的电池容量衰减结果。此外，在实验过程中还可以设置对照组电池，并将对照组电池所对应的电池容量衰减结果与仿真组电池所对应的电池容量衰减结果进行对比，可以更直观地表现出电池衰减性能的改进。

具体地，在参数化扫描的过程中，因为多个负极层的参数较多，导致线性化参数扫描会比较费时。相应地，在本发明实施例的一些示例中，可以采用拉丁超立方抽样方式。

以具有三个负极层的负极的锂离子电池为例，可以对L_neg_1,L_neg_2,Porosity_1,Porosity_2这两层变量在设定范围内进行抽样，因需要保持实验组与对照组的负极厚度和理论容量相等，此时第三层变量L_neg_3和Porosity_3也将随之确定，由此，无须多次正交实验，节省了大量时间和成本。

结合示例来说，可以选定对照组电池的负极厚度为90μm，负极均匀的孔隙率为0.32，其对应的理论容量为97331C/m²。仿真组电池负极采用三层负极结构，负极总厚度固定为90μm，负极1为靠近集流体侧的负极，厚度L_neg_1范围为25-35μm，孔隙率Porosity_1范围为0.25-0.275；负极2为中间部分的负极，厚度L_neg_2范围为25-35μm，孔隙率Porosity_2范围为0.275-0.3；负极3为靠近隔膜侧的负极，厚度L_neg_3为90μm-L_neg_1-L_neg_2，为了保持与对照组电池的负极具有相同的理论容量，孔隙率Porosity_3为(90μm×0.32-L_neg_1×porosity_1-L_neg_2×porosity_2)/(90μm-L_neg_1-L_neg_2)。

进而，利用拉丁超立方抽样方法，对L_neg_1,Porosity_1,L_neg_2,Porosity_2进行取样，结果如下表1。

L_neg_1/μm	Porosity_1	L_neg_2/μm	Porosity_2	L_neg_3/μm	Porosity_3
						27.748	0.259495	32.848	0.28187	29.404	0.419693
28.755	0.257348	25.977	0.279193	35.268	0.40114
						26.561	0.274665	29.902	0.293365	33.537	0.379653
31.823	0.267178	34.64	0.291078	23.537	0.433984
						29.275	0.258335	29.139	0.289405	31.586	0.405378
34.018	0.26981	26.561	0.292048	29.421	0.403267
						26.479	0.252065	30.209	0.275265	33.312	0.414568
25.014	0.254848	27.965	0.284025	37.021	0.391196
						32.905	0.271395	32.039	0.286665	25.056	0.426456
33.666	0.271133	28.1	0.281083	28.234	0.417002
						30.207	0.262588	28.857	0.294973	30.936	0.399405
28.162	0.26075	31.228	0.2993	30.61	0.395629
						30.819	0.25369	34.008	0.283375	25.173	0.450662
29.69	0.273323	26.142	0.295075	34.168	0.37963
						32.094	0.25033	33.081	0.276275	24.825	0.468337
34.99	0.264008	31.783	0.298393	23.227	0.433916
						33.458	0.26182	33.765	0.27775	22.777	0.468095
27.013	0.267893	25.22	0.28763	37.767	0.378886
						31.174	0.255133	27.365	0.285503	31.461	0.414282
25.884	0.266183	30.625	0.296395	33.491	0.383179

表1

在如表1所示的多层负极厚度和孔隙率拉丁超立方抽样表中，可以将表中的各行数据分别作为相应的负极层参数配置。进而，针对这些负极层参数配置，可以分别采用充放电循环条件来进行测试。

在负极优化配置确定阶段340中，将参数化扫描的所有电池容量衰减结果进行汇总对比，得出对应结果最优的负极层参数配置。由此，通过精准的电化学模型来预测结果，可以得到性能最优的负极结构。

在一些可选的实施方式中，可以将最优的负极层参数配置所对应的测试结果与对照组电池所对应的测试结果进行比较，以确保最优的负极层参数配置能够实现较佳的性能。

图6示出了根据本发明实施例的确定目标负极层参数配置的一示例的流程图。

如图6所示，在步骤610中，构建与对照锂离子电池相应的对照电池模型。这里，对照电池模型的负极具有M个负极层，并且各个负极层具有相同的预设孔隙率。也就是说，对照电池模型具有与仿真组电池模型相同的负极多层结构，只是对照电池模型的负极的多层结构被设计成了均匀孔隙率分布。在步骤620中，获取对照电池模型对应充放电循环条件的对照电池容量衰减结果。在步骤630中，将对照电池容量衰减结果与最小的电池容量衰减结果进行对比。如果对照电池容量衰减结果小于或等于最小的电池容量衰减结果，则跳转至步骤641；如果对照电池容量衰减结果大于最小的电池容量衰减结果，则跳转至步骤643。在步骤641中，确定目标负极层参数配置无效。在步骤643中，确定目标负极层参数配置有效，并能够用于设置锂离子电池的负极。

图7示出了根据本发明实施例对照组电池和仿真组电池的循环测试结果示意图。如图7所示，随着循环次数的不断增加，对照电池的容量保持率越来越低于实施例的仿真组电池的容量保持率，本实施例通过负极结构的优化大大提高了具有该负极结构电池的循环寿命。由此，可以证明仿真组电池的负极层参数配置是优于现有均匀孔隙率配置的优质配置方案，保障了目标负极层参数配置的可靠性和参考价值。

图8示出了根据本发明实施例的具有梯度的孔隙率结构的负极的锂离子电池的示意图。如图8所示，在本发明实施例中，区别于均匀孔隙率结构的负极，构建了具有一定梯度的孔隙率结构的负极，在保证容量的前提下提高电池的充放电特性和循环性能，并利用精准的电化学模型方法优化孔隙率梯度的分布，大大减少了实验时间和资源并达到理想的效果。另外，通过优化后的具有梯度孔隙率结构的负极，能够有效地降低负极靠近隔膜处的析锂风险，提高电池的充放电特性、循环性能以及安全性。

在本发明实施例中，应用电化学模型优化手段，能够大大降低负极结构开发的时间周期和资源投入，并且优化后的负极结构，在保证负极容量的前提下，使锂离子电池能更安全、寿命更长，更具产品竞争力。

图9示出了根据本发明实施例的锂离子电池仿真装置的一示例的结构框图。如图9所示，锂离子电池仿真装置900包括模型构建单元910、负极层参数获取单元920、负极层设置单元930、容量衰减识别单元940和目标负极配置确定单元950。

模型构建单元910被配置为构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层。

负极层参数获取单元920被配置为获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数。

负极层设置单元930被配置为针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置。

容量衰减识别单元940被配置为按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果。

目标负极配置确定单元950被配置为从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

图10是本发明实施例的电子设备的一示例的示意图。如图10所示，该实施例的电子设备1000包括：处理器1010、存储器1020以及存储在所述存储器1020中并可在所述处理器1010上运行的计算机程序1030。所述处理器1010执行所述计算机程序1030时实现上述锂离子电池仿真方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤110至150。或者，所述处理器1010执行所述计算机程序1030时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图9所示单元910至950的功能。

示例性的，所述计算机程序1030可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器1020中，并由所述处理器1010执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序1030在所述电子设备1000中的执行过程。例如，所述计算机程序1030可以被分割成模型构建程序模块、负极层参数获取程序模块、负极层设置程序模块、容量衰减识别程序模块和目标负极配置确定程序模块，各模块具体功能如下：

模型构建程序模块，被配置为构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层；

负极层参数获取程序模块，被配置为获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数；

负极层设置程序模块，被配置为针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；

容量衰减识别程序模块，被配置为按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；

目标负极配置确定程序模块，被配置为从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

所述电子设备1000可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器1010、存储器1020。本领域技术人员可以理解，图10仅是电子设备1000的示例，并不构成对电子设备1000的限定，可以包括比图示更多或少的部件，或组合某些部件，或不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器1010可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器1020可以是所述电子设备1000的内部存储单元，例如电子设备1000的硬盘或内存。所述存储器1020也可以是所述电子设备1000的外部存储设备，例如所述电子设备1000上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器1020还可以既包括所述电子设备1000的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1020用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器1020还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池仿真方法，其特征在于，包括：

构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层；

获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数；

针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；

按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；

从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的厚度和孔隙率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取N个负极层参数配置，包括：

获取用户输入参数，并确定相应的厚度测试区间和孔隙率测试区间；

按照预设的抽样规则在所述厚度测试区间和所述孔隙率测试区间中进行抽样，以确定对应所述电池仿真模型中第一负极层的采样厚度和采样孔隙率；

基于所述锂离子电池的电池容量和负极厚度、以及所述第一负极层的采样厚度和采样孔隙率，确定第二负极层的厚度和孔隙率；

基于所述第一负极层的采样厚度和采样孔隙率和所述第二负极层的厚度和孔隙率，确定负极层参数配置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述抽样规则包括拉丁超立方抽样规则。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取N个负极层参数配置之前，所述方法还包括：

获取所述锂离子电池对应预设充放电倍率的充放电实测结果；

获取所述电池仿真模型对应所述预设充放电倍率的充放电仿真结果；

验证所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果是否相匹配；

如果所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果不匹配，则确定所构建的电池仿真模型无效；

如果所述充放电实测结果与所述充放电仿真结果匹配，则确定所构建的电池仿真模型有效。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极，包括：

构建与对照锂离子电池相应的对照电池模型；其中，所述对照电池模型的负极具有M个负极层，并且各个所述负极层具有相同的预设孔隙率；

获取所述对照电池模型对应所述充放电循环条件的对照电池容量衰减结果；

将所述对照电池容量衰减结果与所述最小的电池容量衰减结果进行对比；

如果所述对照电池容量衰减结果小于或等于所述最小的电池容量衰减结果，则确定所述目标负极层参数配置无效；

如果所述对照电池容量衰减结果大于所述最小的电池容量衰减结果，则确定所述目标负极层参数配置有效，并能够用于设置所述锂离子电池的负极。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建与锂离子电池相应的电池仿真模型，包括：

获取锂离子电池的物性参数及电化学参数；

基于所述物性参数和所述电化学参数，构建电池仿真模型。

8.一种锂离子电池仿真装置，其特征在于，包括：

模型构建单元，被配置为构建与锂离子电池相应的电池仿真模型；其中，所述电池仿真模型的负极具有M个负极层；

负极层参数获取单元，被配置为获取N个负极层参数配置，每一所述负极层参数配置均包括M个负极层的孔隙率；其中，M和N均为大于1的自然数；

负极层设置单元，被配置为针对各个所述负极层参数配置，利用所述负极层参数配置中的各个孔隙率分别对所述电池仿真模型的负极的相应负极层分别进行设置；

容量衰减识别单元，被配置为按照预设的充放电循环条件依次测试各个所设置的电池仿真模型，以分别得到相应的电池容量衰减结果；

目标负极配置确定单元，被配置为从所述N个负极层参数配置中，确定对应最小的电池容量衰减结果的目标负极层参数配置，以用于设置所述锂离子电池的负极。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

Images