CN117828908A - 反应电流密度的计算方法，应用，装置，电子设备和计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应电流密度的计算方法，应用，装置，电子设备和计算机存储介质，计算方法包括以下步骤：将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元，与表面区域相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元；将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；在仿真区间内，获取表面区域的理论反应电流密度，第一网格单元的固相最大反应电流密度，第二网格单元的液相最大反应电流密度；将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度比较，确定反应电流密度。该方法在锂离子浓度达到极限时，能使电池仿真继续进行。
Description
技术领域
本发明涉及电池仿真领域，尤其涉及一种电池仿真中反应电流密度的计算方法，应用，装置，电子设备和计算机存储介质。
背景技术
在单颗粒模型、准二维（P2D）、非均相或三维方法电池仿真中，局部活性物质颗粒表面固相锂离子浓度或电解液中的液相锂离子浓度达到极限值时，按照Bulter-Volmer（B-V）方程计算得到的反应电流密度会使该位置锂离子浓度变为负数或大于最大锂离子浓度，导致仿真无法继续进行。因此，急需解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种电池仿真中反应电流密度的计算方法，应用，装置，电子设备和计算机存储介质，通过使用该方法，在锂离子浓度达到极限时，能够保证电池仿真的继续进行。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
第一方面，一种电池仿真中反应电流密度的计算方法，包括以下步骤：
将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元；
将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；
在仿真区间内，在仿真区间内，获取第一网格单元的固相最大反应电流密度，第二网格单元的液相最大反应电流密度，表面区域的理论反应电流密度；
将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
在利用巴-伏方程（B-V方程）计算反应电流密度时，其计算过程中只考虑了活性物质颗粒表面固液交接面的固相和液相锂离子浓度，没有考虑固相和液相中锂离子的扩散过程。当活性物质颗粒的表面区域的固相锂离子浓度接近0或最大锂离子浓度，或液相锂离子浓度接近0时，将B-V方程计算的理论反应电流密度用于电池仿真，可能使电池仿真过程中固相锂离子浓度变为负数或大于最大锂离子浓度，或液相锂离子浓度变为负数，出现非物理的仿真结果，从而使仿真过程无法继续进行。
本申请从物理过程出发，通过获取表面区域两侧固相最大反应电流密度和液相最大反应电流密度，将其与理论反应电流密度比较，得到引入浓度限制的最大反应电流密度，可以防止电池仿真过程中锂离子浓度出现非物理的结果，从而保证仿真的继续进行。
与表面区域相连且位于活性物质颗粒表面内侧的第一网格单元，是与该表面区域相对应的第一网格单元。由相对应的表面区域和第一网格单元分别计算得到的理论反应电流密度和固相最大反应电流密度即为相对应的理论反应电流密度和固相最大反应电流密度。同样，与表面区域相连且位于活性物质颗粒表面外侧的第二网格单元，是与该表面区域相对应的第二网格单元。由相对应的表面区域和第二网格单元分别计算得到的理论反应电流密度和液相最大反应电流密度即为相对应的理论反应电流密度和液相最大反应电流密度。
作为进一步的改进，所述第一网格单元的固相最大反应电流密度为活性物质颗粒的表面区域固相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度，所述极限浓度为最大锂离子浓度或最小锂离子浓度。
具体的，第一网格单元的固相最大反应电流密度。其中，/>为第一网格单元相对应的表面区域的极限锂离子浓度。在充电时，负极为最大锂离子浓度/>，正极为/>；在放电时，负极为/>，正极为最大锂离子浓度/>。为第一网格单元中心处的锂离子浓度。/>为法拉第常数。/>为活性物质颗粒的锂离子扩散系数。/>为第一网格单元中心到相对应的表面区域的距离。
作为进一步的改进，所述第二网格单元的液相最大反应电流密度为活性物质颗粒的表面区域液相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度。
具体的，第二网格单元的液相最大反应电流密度。其中为第二网格单元相对应的表面区域的极限锂离子浓度，为/>。/>为第二网格单元中心处的锂离子浓度。/>为法拉第常数。/>为电解液锂离子扩散系数。/>为第二网格单元中心到相对应的表面区域的距离。
作为进一步的改进，表面区域的理论反应电流密度根据巴-伏方程（B-V方程）计算。巴-伏方程是巴特勒-伏尔摩方程的简称，也被成为单电子电极反应的稳态极化方程。巴-伏方程的具体形式为，，/>。其中，/>为反应电流密度，/>为交换电流密度，/>、/>为传递系数，/>为过电位，F为法拉常数，k为反应速率常数，/>为活性物质颗粒表面液相锂离子浓度，/>为参考液相锂离子浓度，通常取1000mol/m3,/>为活性物质颗粒表面固相锂离子浓度，/>为固相最大锂离子浓度，R为普适气体常数，T为温度。上述用于计算固相最大反应电流密度、液相最大反应电流密度和理论反应电流密度的数据可从仿真过程中获得。
作为进一步的改进，所述将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，确定电池仿真中活性物质颗粒的表面区域的反应电流密度，包括：
将相对应的理论反应电流密度和固相最大反应电流密度的绝对值进行比较，将其中绝对值较小的作为该表面区域的临时反应电流密度；
将临时反应电流密度与对应的液相最大反应电流密度进行比较，将其中数值较大的作为该表面区域的反应电流密度。
上述比较顺序可进行调整，如将液相最大反应电流密度与理论反应电流密度进行比较，取其中绝对值较小的再与固相最大反应电流密度进行比较。也可以同时将固相最大反应电流密度、液相最大反应电流密度和理论反应电流密度，三者的绝对值同时进行比较，取其中绝对值最小对应的值最为反应电流密度。如固相最大反应电流密度的绝对值最小，则将该固相最大反应电流密度作为该仿真区间中活性物质颗粒表面区域的反应电流密度。利用绝对值进行比较，是考虑了充放电方向后，反应电流密度具有正值和负值，其代表不同方向。
作为进一步的改进，所述仿真模型包括单颗粒模型、准二维模型（P2D模型）、电池非均相模型、电池三维模型中的一种。
单颗粒模型是一种简化的电池模型，它假设电池的每个电极可以被模拟成一个代表性的粒子。这个模型忽略了电极内部的粒子分布和尺寸差异，只考虑整个电极的平均行为。由于其简化的特性，计算效率较高，但在描述电池内部复杂的物理过程方面有限制。
P2D模型（Pseudo-two-dimensional Model）相对单颗粒模型是一种更为复杂的电池模型，它将单颗粒变为多个颗粒。P2D模型考虑了活性物质颗粒内部径向方向和电极涂层厚度方向的传输现象，包括活性物质颗粒内和电解液内的物质传递和电荷传递。P2D模型能够更准确地描述电池内部的物理过程，但相应的计算复杂度也较高。
二维非均相模型（Heterogeneous Model）是指考虑电池材料内部结构和组成的不均匀性的模型。这类模型通过模拟电池材料的微观结构，如电极材料中的孔隙结构、粒子大小分布等，来更精确地描述电池的行为。非均相模型能够提供关于电池内部电化学反应和传输现象的详细信息，但其模型构建和计算要求较为复杂。
三维非均相模型（Three-dimensional Model）与二维非均相模型类似，模型为电极的三维结构模型。
作为进一步的改进，所述空间离散的方法包括网格划分、选取质点、选取体积微元中的一种。
空间离散是在进行数值模拟和计算时，将连续的物理空间划分为离散的小单元或点的过程。这一过程对于解决涉及偏微分方程的复杂物理问题至关重要。
其中，网格划分（Grid Partitioning）是一种将研究区域划分成若干小的、有规则的单元（如四边形、三角形、四面体、六面体、多边形等）的方法。在网格划分中，物理量（如温度、压力、速度等）通常在网格的节点（顶点）或单元的中心处进行计算。这种方法广泛应用于有限元分析（FEA）、有限差分法（FDM）和有限体积法（FVM）等数值方法中。
选取质点（Particle Picking）：是一种以离散的质点来表示连续介质的方法。在这种方法中，物理介质被一系列离散的质点所代表，每个质点携带了一定的物理属性（如质量、速度、温度等）。这种方法常用于粒子方法（如光滑粒子流体动力学SPH、分子动力学模拟MD）中，其中物理过程是通过质点间的相互作用和运动来模拟的。
选取体积微元（Volume Element Selection）是一种基于连续介质的小体积元素来进行空间离散化的方法。在这种方法中，研究区域被划分为一系列小的体积元素，每个元素内的物理量被假设为均匀分布。这种方法允许更加精确地计算体积内的物理量，如体积内的质量、能量、力等。体积微元法常用于有限体积法（FVM）中，特别是在处理流体动力学和热传递问题时。
仿真模型的组成中包括正极和负极。在正极、负极中包括有活性物质颗粒、电解液和导电桥。经空间离散，将活性物质颗粒、电解液、导电桥划分形成网格单元。其中，所述第一网格单元内为所述活性物质颗粒，所述第二网格单元内为电解液。
活性物质颗粒表面的表面区域的数量或网格单元的数量取决于活性物质颗粒的粒径大小。通常，仿真模型中网格单元的尺寸约为0.1～2μm。如果将网格单元的尺寸设置的越小，则仿真精度越高，但是会导致计算量和计算时间的相应增加。
优选的，可使所述第一网格单元的数量、第二网格单元的数量分别与所述表面区域的数量相等，形成一一对应。从而可将相对应的理论反应电流密度、固相最大反应电流密度和液相最大反应电流密度直接进行比较。在实际应用时，当所述第一网格单元的数量、第二网格单元的数量和表面区域的数量均不相同时，可将理论反应电流密度、固相最大反应电流密度和液相最大反应电流密度经插值计算后再进行比较。
仿真区间的设定与充放电倍率、固相扩散系数、液相扩散系数、反应速率常数、平衡电位等有关。在对仿真过程划分时，只要满足求解时不发散。通常，将仿真区间的时长设定为1～30s。如果将仿真区间的时长设置的越短，仿真精度越高，但是会导致计算量增加，计算时间增加。如果将仿真区间的时长设置的越长，计算时会产生累计误差，导致结果失真，甚至发散。
第二方面，一种电极的总电流的计算方法，所述电极的理论反应电流密度处于被锂离子浓度限制状态，所述计算方法包括以下步骤：
将电极中所有活性物质颗粒表面的反应电流密度相加，得电极的总电流；
所述反应电流密度为上述反应电流密度的计算方法计算得到的反应电流密度。
第三方面，一种大倍率下仿真的方法，所述大倍率是指电池在2C以上进行充电或放电，所述方法包括以下步骤：
在大倍率下进行充电或放电的仿真，当活性物质颗粒表面的理论反应电流密度处于被锂离子浓度限制状态时，运用上述反应电流密度的计算方法计算得到的反应电流密度继续同等条件下的仿真，直至电极中所有活性物质颗粒表面的理论反应电流密度均处于被锂离子浓度限制状态。
其中，仿真工况可以是大倍率下的恒流充放电、恒压充放电、恒功率充放电、交变电流充放电或交变功率充放电等。
第四方面，一种反应电流密度的计算方法的装置，包括：
空间离散单元，用于将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元；
时间离散单元，用于将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；
计算单元，用于在仿真区间内，获取第一网格单元的固相最大反应电流密度，第二网格单元的液相最大反应电流密度，表面区域的理论反应电流密度；
比较单元，用于将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
第五方面，一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述反应电流密度的计算方法。
第六方面，一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现上述反应电流密度的计算方法。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本申请从物理过程出发，通过获取活性物质颗粒的表面区域两侧的固相最大反应电流和液相最大反应电流密度，将其与理论反应电流密度比较，得到引入浓度限制的最大反应电流密度，即本申请中最终求得的反应电流密度。该方法可防止电池仿真过程中锂离子浓度出现非物理的结果，保证仿真的继续进行。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
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是本发明实施例一中反应电流密度的计算方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一中仿真模型示意图图。
以上附图的附图标记：1、活性物质颗粒；2、电解液；3、导电桥；4、表面区域；5、第一网格单元；6、第二网格单元。
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。
实施例一：参见图1所示，一种反应电流密度的计算方法，包括以下步骤：
S101：将仿真模型进行空间离散；
上述步骤具体包括：
所述仿真模型为电池二维非均相模型，仿真模型的组成中包括正极和负极。在正极、负极中包括有活性物质颗粒1、电解液2和导电桥3。将仿真模型通过网格划分的方式进行空间离散，使活性物质颗粒1、电解液2、导电桥3内划分形成网格单元。所述网格单元的尺寸约为0.1～2μm。在活性物质颗粒表面形成多个表面区域4。与表面区域4直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元5。与表面区域4直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元6。即，所述第一网格单元5内为活性物质颗粒1，所述第二网格单元6内为电解液2。所述表面区域4、第一网格单元5、第二网格单元6形成一一对应。
S102：将仿真过程进行时间离散；
上述步骤具体包括：
设定时间间隔为20s，根据设定的时间将仿真过程划分形成多个仿真区间。
S103：在每一仿真区间内，获取固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度和理论反应电流密度；
上述步骤具体包括：
在每一仿真区间内，获取第一网格单元5的固相最大反应电流密度，所述固相最大反应电流密度为活性物质颗粒1的表面区域4固相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度。所述极限浓度为最大锂离子浓度或最小锂离子浓度。所述锂离子通量是指单位时间内通过单位面积的锂离子流量。根据固相最大反应电流密度的含义可推导得到第一网格单元5的固相最大反应电流密度。其中，/>为第一网格单元5相对应的表面区域4的极限锂离子浓度。在充电时，负极为最大锂离子浓度/>，正极为/>；在放电时，负极为/>，正极为最大锂离子浓度/>。/>为第一网格单元5中心处的锂离子浓度。/>为法拉第常数。/>为活性物质颗粒1的锂离子扩散系数。/>为第一网格单元中心到相对应的表面区域4的距离。上述公式中的数据可从仿真过程中获得。利用上述公式分别计算得到在每一仿真区间内，正极的固相最大反应电流密度和负极的固相最大反应电流密度。
在每一仿真区间内，获取第二网格单元6的液相最大反应电流密度，所述液相最大反应电流密度为活性物质颗粒1的表面区域液相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度。根据液相最大反应电流密度的含义可推导得到第二网格单元6的液相最大反应电流密度。其中/>为第二网格单元6相对应的表面区域4的极限锂离子浓度，为/>。/>为第二网格单元中心处的锂离子浓度。/>为法拉第常数。/>为电解液锂离子扩散系数。/>为第二网格单元中心到相对应的表面区域4的距离。上述公式中的数据同样可从仿真过程中获得。利用上述公式分别计算得到在每一仿真区间内，正极的液相最大反应电流密度和负极的液相最大反应电流密度。
在每一仿真区间内，通过现有的B-V方程计算活性物质颗粒每一表面区域的理论反应电流密度。该步骤利用现有方程，计算过程为本领域技术人员所熟知的情况。在此，不在详细叙述计算过程。
S104：将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
上述步骤具体包括：
将相对应的理论反应电流密度和固相最大反应电流密度的绝对值进行比较，将其中绝对值较小的作为该表面区域4的临时反应电流密度；
将临时反应电流密度与对应的液相最大反应电流密度进行比较，将其中数值较大的作为该表面区域4的反应电流密度。
实施例二：一种电极的总电流的计算方法，在所述电极中存在活性物质颗粒表面通过B-V方程计算出的理论反应电流处于被锂离子浓度限制状态。即活性物质颗粒表面固相锂离子浓度或电解液中液相锂离子浓度达到极限值，无法通过B-V方程计算此位置的反应电流密度，或者按照B-V方程计算得到的反应电流密度会使得该位置浓度变为负数或大于最大锂离子浓度，或液相锂离子浓度变为负数，导致仿真无法继续进行。所述计算方法包括以下步骤：
将电极中所有活性物质颗粒表面的反应电流密度相加，得电极的总电流；
所述反应电流密度为实施例一中反应电流密度的计算方法计算得到的反应电流密度。具体的，所述反应电流密度的计算方法，包括以下步骤：将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元5，与表面区域4相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元6；将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；在仿真区间内，获取第一网格单元5的固相最大反应电流密度，第二网格单元6的液相最大反应电流密度，表面区域4的理论反应电流密度；将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
实施例三：一种大倍率下仿真的方法，所述大倍率是指电池在2C以上进行充电或放电，所述方法包括以下步骤：
在大倍率下进行恒流放电或恒流充电的仿真，当活性物质颗粒表面的理论反应电流密度处于被锂离子浓度限制状态时，运用上述反应电流密度的计算方法计算得到的反应电流密度继续同等条件下的仿真，直至电极中所有活性物质颗粒表面的理论反应电流密度均处于被锂离子浓度限制状态。
一种上述反应电流密度的计算方法的装置，包括：
空间离散单元，用于将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域4，与表面区域4直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元5，与表面区域4直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元6；
时间离散单元，用于将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；
计算单元，用于在仿真区间内，获取表面区域4的理论反应电流密度，第一网格单元5的固相最大反应电流密度，第二网格单元6的液相最大反应电流密度；
比较单元，用于将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述反应电流密度的计算方法。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现上述反应电流密度的计算方法。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (12)
1.一种反应电流密度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元；
将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；
在仿真区间内，获取第一网格单元的固相最大反应电流密度，第二网格单元的液相最大反应电流密度，表面区域的理论反应电流密度；
将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
2.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，所述第一网格单元的固相最大反应电流密度为活性物质颗粒的表面区域固相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度，所述极限浓度为最大锂离子浓度或最小锂离子浓度。
3.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，所述第二网格单元的液相最大反应电流密度为活性物质颗粒的表面区域液相锂离子为极限浓度时的锂离子通量所对应的反应电流密度。
4.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，表面区域的理论反应电流密度根据巴-伏方程计算。
5.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，所述将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度，包括：
将相对应的理论反应电流密度和固相最大反应电流密度的绝对值进行比较，将其中绝对值较小的作为该表面区域的临时反应电流密度；
将临时反应电流密度与对应的液相最大反应电流密度进行比较，将其中数值较大的作为该表面区域的反应电流密度。
6.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，所述仿真模型包括单颗粒模型、电池准二维模型、电池非均相模型、电池三维模型中的一种。
7.根据权利要求1所述的反应电流密度的计算方法，其特征在于，所述空间离散的方法包括网格划分、选取质点、选取体积微元中的一种。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的反应电流密度的计算方法在电极的总电流的计算方法中的应用，所述电极的理论反应电流密度处于被锂离子浓度限制状态，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：
将电极中所有活性物质颗粒表面的反应电流密度相加，得电极的总电流。
9.根据权利要求1～7任意一项所述的反应电流密度的计算方法在大倍率下的仿真方法中的应用，所述大倍率是指电池在2C以上进行充电或放电，其特征在于，所述仿真方法包括以下步骤：
在大倍率下进行放电或充电的仿真，当活性物质颗粒表面的理论反应电流密度处于被锂离子浓度限制状态时，根据上述反应电流密度的计算方法计算得到的反应电流密度继续同等条件下的仿真，直至电极中所有活性物质颗粒表面的理论反应电流密度均处于被锂离子浓度限制状态。
10.一种如权利要求1～7任意一项所述的反应电流密度的计算方法的装置，其特征在于，包括：
空间离散单元，用于将仿真模型进行空间离散，使仿真模型中活性物质颗粒表面形成至少一个表面区域，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面内侧的为第一网格单元，与表面区域直接相连且位于活性物质颗粒表面外侧的为第二网格单元；
时间离散单元，用于将仿真过程进行时间离散，形成至少两个仿真区间；
计算单元，用于在仿真区间内，获取表面区域的理论反应电流密度，第一网格单元的固相最大反应电流密度，第二网格单元的液相最大反应电流密度；
比较单元，将相对应的理论反应电流密度，固相最大反应电流密度，液相最大反应电流密度进行比较，将其中绝对值最小的确定为反应电流密度。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如权利要求1～7任一项所述的反应电流密度的计算方法。
12.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如权利要求1～7任一项所述的反应电流密度的计算方法。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114218888A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 北京智芯仿真科技有限公司 | 一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统 |
| CN114757026A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-15 | 昆明理工大学 | 一种全工况多尺度动力锂电池电化学耦合建模方法 |
| CN114912327A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-16 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池电化学模型中电流密度的计算方法、装置及存储介质 |
| WO2022237476A1 (zh) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 电池脉冲充放电最大电流的获取方法、装置、设备及介质 |
| CN116306132A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-06-23 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池电化学模型的固液交换电流密度的计算方法及装置 |
| CN116721706A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-09-08 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池模拟仿真方法、存储介质及电子设备 |
| CN117236264A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 华中科技大学 | 一种预测应力诱导锂离子电池容量衰减的方法 |
-
2024
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022237476A1 (zh) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 电池脉冲充放电最大电流的获取方法、装置、设备及介质 |
| CN114218888A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-03-22 | 北京智芯仿真科技有限公司 | 一种集成电路版图电流密度超标区域标定方法及系统 |
| CN114757026A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-15 | 昆明理工大学 | 一种全工况多尺度动力锂电池电化学耦合建模方法 |
| CN114912327A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-16 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池电化学模型中电流密度的计算方法、装置及存储介质 |
| CN116306132A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-06-23 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池电化学模型的固液交换电流密度的计算方法及装置 |
| CN116721706A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-09-08 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 电池模拟仿真方法、存储介质及电子设备 |
| CN117236264A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 华中科技大学 | 一种预测应力诱导锂离子电池容量衰减的方法 |
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