(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210598287.7 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 天津市捷威动力工业有限公司 地址 300380 天津市西青区西青汽车工业 区开源路1 1号 (72)发明人 穆泽泽　靳尉仁　马志远　白宁　 孙德洋　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 专利代理师 刘二艳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 电池膨胀仿真方法、 装置、 计算机可读存储 介质以及用途 (57)摘要 本发明提供了一种电池膨胀仿真方法、 装 置、 计算机可读存储介质以及用途， 通过建立电 芯的热模型、 反应模型和应变模型， 分析得到电 芯的产热分布数据、 锂离子浓度分布数据、 电芯 温度分布数据和应变分布数据， 从而更好地将电 芯单元膨胀变化显示出来， 为后续电池使用提供 数据。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114896805 A 2022.08.12 CN 114896805 A 1.一种电池充放电膨胀仿真方法， 其特 征在于， 所述电池充放电膨胀仿真方法包括： 建立电芯的热模型、 反应模型和应 变模型； 设置边界条件， 所述反应模型分析电芯产热分布数据以及锂离 子浓度分布数据； 所述热模型接收所述反应模型的所述电芯产 热分布数据， 模拟散热后将电芯温度分布 数据反馈至所述反应模型以及所述应变模型， 所述反应模型接收所述热模 型的所述电芯温 度分布数据并反馈调节反应模型的模型系数； 所述应变模型接收所述反应模型的所述锂离子浓度分布数据， 分析得到电芯的SOC数 据， 并结合所述热模型输出 的电芯温度分布数据反馈分析得到电芯的应变分布数据， 得到 电芯的充放电膨胀结果。 2.根据权利要求1所述的电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述反应模型包括活性颗 粒‑电解液界面反应模型、 活性颗粒 ‑导电剂电子 迁移模型和锂离 子扩散模型。 3.根据权利要求2所述的 电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述活性颗粒 ‑电解液界面 反应模型具体包括Bulter ‑Volmer动力学方程 αa为负 极电荷转移系数， αc为正极电荷转移系数， j为电极的电流密度， j0为交换电流密度， F为法拉 第常数， R为气体常数， η为活化过电位， T为温度。 4.根据权利要求2或3所述的电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述活性颗粒 ‑导电剂电 子迁移模 型具体包括： 在固相电势梯度的驱动下， 电子会在颗粒和导电剂中进 行迁移， 其中 活性颗粒的电流密度满足固相欧姆定律： is为活性颗粒的电流密度， σs为活 性颗粒的有效电导 率， φs为固相电势。 5.根据权利要求2 ‑4任一项所述的电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述锂离子扩散模 型包括活性颗粒内锂离 子扩散模型和电解液内锂离 子运输模型； 优选地， 所述活性颗粒内锂离子扩散模型具体包括： 在活性颗粒内锂浓度梯度作用下， 锂离子会在活性颗粒内部发生扩散， 扩散方式满足Fick第二扩散定律 Cs为 活性颗粒中的锂 浓度， Js为活性颗粒中的锂通 量， t为时间； 优选地， 所述电解液内锂离子运输模型具体包括： 在电解液内锂浓度梯度的作用下， 锂 离 子 会 在 电 解 液 内 部 发 生 扩 散 ，扩 散 方 式 满 足 F i c k 第 二 扩 散 定 律 Cl为电解液中的锂浓度， Jl为颗粒中的锂通量， t为时 间， Dl为电解液的锂离 子扩散系数， t+为锂离子的传递数。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述热模型具体包 括牛顿冷却定律 λ为电芯的导热系数， n为电池外表面的法向方向， h为 对流换热系数， Tq为环境温度， Ts为电池表面温度。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的电池膨胀仿真方法， 其特征在于， 所述应变模型具体 包括电芯中各个组分材 料的总应 变：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114896805 A 2εx为应变在x方向上的分量， εy为应变在y方向上的分量， εz为应变在z方向上的分量， E 为材料的杨氏模量， ν 为材料的泊松比， σx为应力在x方向上的分量， σy为应力在y方向上的分 量， σz为应力在z方向上的分量， ins(S OC)为活性颗粒体积变化率与电芯S OC的函数， αx为材 料在x方向上的热膨胀系数， αy为材料在 y方向上的热膨胀系数， αz为材料在z方向上的热膨 胀系数。 8.一种电池膨胀仿真装置， 其特征在于， 所述电池膨胀仿真装置采用权利要求1 ‑7任一 项所述的电池膨胀仿真方法， 所述电池膨胀仿真装置包括反应模型分析模块、 热模型分析 模块、 应变模型分析模块和输出模块， 其中： 反应模型分析模块， 用于建立反应模型， 接收所述热模型分析模块发出的 电芯温度分 布数据并反馈分析电芯内产热分布数据和锂离 子浓度分布数据； 热模型分析模块， 用于接收反应模型发出的所述电芯内产热分布数据， 反馈分析电芯 温度分布数据； 应变模型分析模块， 用于建立应变模型， 并接收所述热模型分析模块发出的 电芯温度 分布数据以及锂离 子浓度分布数据， 反馈分析 得到电芯的应 变分布数据； 输出模块， 用于输出电芯温度分布数据、 电芯内产热分布数据、 锂离子浓度分布数据、 应力分布数据和应 变分布数据。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质中存在有计算机 程序， 所述计算机程序实现权利要求1 ‑7任一项所述的电池膨胀仿真方法。 10.一种权利要求1 ‑7任一项所述的 电池膨胀仿真方法的用途， 其特征在于， 所述电池 模拟仿真方法用于电池充放电膨胀。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114896805 A 3