CN113253131A - 确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备，可以获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

Description

确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本公开涉及电芯性能检测领域，具体地，涉及一种确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

随着市场对新能源汽车的迫切需求，动力电池企业也要加快电芯迭代速度，缩短研发周期，为了改善电芯的性能，相关技术中提出了一种双层涂覆结构的正极极片，改善了涂层间的兼容性，同时避免双层涂布对内部涂层的溶解问题，提高了极片表面的平整度，有效提高锂离子电池的安全性能，对电池的倍率性能、循环性能也有一定的提高，但基于多层结构的极片制作出的电芯性能具体提高了多少，一般需要通过实测才能知道，并且需要大量的实验优化出多层结构的最佳厚度，但实验及电芯电化学性能实测过程需要大量的人力物力资源，且时间成本较高，进而影响电芯的迭代速度。

发明内容

本公开的目的是提供一种确定电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备。

第一方面，提供一种确定电芯充放电性能的方法，所述方法包括：获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

可选地，所述目标性能参数包括所述目标电芯上的锂离子浓度分布和电势分布；所述仿真结果包括在多个预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度、不同位置的固相电势和不同位置的液相电势；所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度确定所述目标电芯在目标时刻的所述锂离子浓度分布；根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的所述固相电势和不同位置的所述液相电势确定所述目标电芯在所述目标时刻的所述电势分布。

可选地，所述目标电芯模型包括一维电芯模型、二维电芯模型或者三维电芯模型，其中，所述一维电芯模型用于对所述目标电芯预设厚度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述二维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向和预设高度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述三维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向、预设高度方向以及预设长度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真。

可选地，所述目标性能参数包括所述目标电芯对应的容量和能量，所述仿真结果包括对所述目标电芯按照所述第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的目标时间和不同预设时刻分别测得的电芯仿真电压，所述目标时间包括充电截止时间或者放电截止时间；所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：根据所述目标时间和不同预设时刻分别测得的所述电芯仿真电压确定所述目标电芯对应的所述能量；根据所述目标时间确定所述目标电芯对应的所述容量。

可选地，所述目标性能参数包括所述目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度，所述仿真结果包括设置在不同预设位置的温度感应装置采集的电芯温度，所述指定位置包括任一所述预设位置；所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：将设置在所述指定位置的温度感应装置采集的所述电芯温度作为所述目标电芯温度。

可选地，所述目标电芯模型包括电化学模型和固体传热模型；所述电化学模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的电化学性能进行仿真，所述固体传热模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的温度传递进行仿真。

可选地，所述目标电芯模型通过以下方式预先建立：

获取预设模型参数，所述预设模型参数包括自定义参数、电芯设计参数、电化学参数以及热力学参数；建立所述目标电芯对应的有限元电化学几何模型和有限元固体传热几何模型，并根据用户的触发操作设置所述有限元电化学几何模型和所述有限元固体传热几何模型中每个区域的材料属性；获取用户自定义的模型输入参数和模型输出参数；根据所述预设模型参数、所述模型输入参数、所述模型输出参数、被设置材料属性的有限元电化学几何模型以及被设置材料属性的有限元固体传热几何模型建立所述目标电芯模型。

第二方面，提供一种确定电芯充放电性能的装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；仿真模块，用于通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；确定模块，用于根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

可选地，所述目标性能参数包括所述目标电芯上的锂离子浓度分布和电势分布；所述仿真结果包括在多个预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度、不同位置的固相电势和不同位置的液相电势；所述确定模块，用于根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度确定所述目标电芯在目标时刻的所述锂离子浓度分布；根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的所述固相电势和不同位置的所述液相电势确定所述目标电芯在所述目标时刻的所述电势分布。

可选地，所述目标电芯模型包括一维电芯模型、二维电芯模型或者三维电芯模型，其中，所述一维电芯模型用于对所述目标电芯预设厚度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述二维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向和预设高度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述三维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向、预设高度方向以及预设长度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真。

可选地，所述所述目标性能参数包括所述目标电芯对应的容量和能量，所述仿真结果包括对所述目标电芯按照所述第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的目标时间和不同预设时刻分别测得的电芯仿真电压，所述目标时间包括充电截止时间或者放电截止时间；所述确定模块，用于根据所述目标时间和不同预设时刻分别测得的所述电芯仿真电压确定所述目标电芯对应的所述能量；根据所述目标时间确定所述目标电芯对应的所述容量。

可选地，所述目标性能参数包括所述目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度，所述仿真结果包括设置在不同预设位置的温度感应装置采集的电芯温度，所述指定位置包括任一所述预设位置；所述确定模块，用于将设置在所述指定位置的温度感应装置采集的所述电芯温度作为所述目标电芯温度。

可选地，所述目标电芯模型包括电化学模型和固体传热模型；所述电化学模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的电化学性能进行仿真，所述固体传热模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的温度传递进行仿真。

可选地，所述目标电芯模型通过以下方式预先建立：

获取预设模型参数，所述预设模型参数包括自定义参数、电芯设计参数、电化学参数以及热力学参数；建立所述目标电芯对应的有限元电化学几何模型和有限元固体传热几何模型，并根据用户的触发操作设置所述有限元电化学几何模型和所述有限元固体传热几何模型中每个区域的材料属性；获取用户自定义的模型输入参数和模型输出参数；根据所述预设模型参数、所述模型输入参数、所述模型输出参数、被设置材料属性的有限元电化学几何模型以及被设置材料属性的有限元固体传热几何模型建立所述目标电芯模型。

第三方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述方法的步骤。

第四方面，提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开第一方面所述方法的步骤。

通过上述技术方案，获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数，这样，可以通过仿真的方式确定由至少两层涂布电极制成的电芯的充放电性能，从而可以根据仿真得到的该目标性能参数优化电芯设计，无需进行实测以及大量的实验优化，加快了研发进程，缩短了研发周期，减少了人工成本、时间成本与电芯制作成本，实现了电芯设计的快速产品迭代。

本公开的其他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

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种确定电芯充放电性能的方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种电化学模型和固体传热模型相互作用的关系示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种一维电芯模型的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种二维电芯模型的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种三维电芯模型的结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种建立目标电芯模型的方法的流程图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种确定电芯充放电性能的装置的框图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

首先，对本公开的应用场景进行介绍，本公开主要应用于电芯设计研发过程中对经过多层涂布电极制成的目标电芯进行充放电性能测试的场景中，其中，该目标电芯是指至少由两层涂布电极制成的电芯，并且电芯的正极或者负极均可以由多个涂层制成。

为了确定由多层涂布电极制成的电芯的性能，现有技术中一般需要通过实测才能知道，并且需要大量的实验优化出多层结构的最佳厚度，但实验及电芯电化学性能实测过程需要大量的人力物力资源，且时间成本较高，进而影响电芯的迭代速度。

为了解决上述存在的问题，本公开提供一种电芯充放电性能的方法、装置、存储介质及电子设备，可以通过仿真的方式确定由至少两层涂布电极制成的电芯的充放电性能，从而可以根据仿真得到的该目标性能参数优化电芯设计，无需进行实测以及大量的实验优化，加快了研发进程，缩短了研发周期，减少了人工成本、时间成本与电芯制作成本，实现了电芯设计的快速产品迭代。

下面结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种确定电芯充放电性能的方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取预先设置的目标电芯模型，该目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，该目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯。

其中，该目标电芯模型包括电化学模型和固体传热模型，该电化学模型用于对该目标电芯在充放电过程中的电化学性能进行仿真，该固体传热模型用于对该目标电芯在充放电过程中的温度传递进行仿真；该预设环境温度包括但不限于以下温度中的任一温度：-30℃、-10℃、0℃、25℃、45℃、60℃。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电化学模型和固体传热模型相互作用的关系示意图，如图2所示，利用电化学模型可以计算由于电化学反应产生的热量，将热量耦合到固体传热模型，转化成电芯的温度变化，再将温度耦合到电化学模型，电化学模型中关于温度的敏感参数会随着温度的变化而变化，从而实现了电化学与固体传热的相互作用。

另外，该电化学模型可以包括有限元电化学几何模型，该固体传热模型可以包括有限元固体传热几何模型，在一种可能的实现方式中，用户(一般指电芯设计人员)可以通过运用COMSOL Mutiphysics软件预先建立该目标电芯模型(具体模型建立过程会在下文中描述)。

在步骤S102中，通过该目标电芯模型对该目标电芯在该预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真。

其中，该第一预设电流可以为由电芯设计人员根据当前的测试需求任意设置的电芯充电电流或者电芯放电电流。

在一种可能的实现方式中，可以从多个预设倍率中选择一个预设倍率作为当前倍率，并将该当前倍率、该预设环境温度以及该第一预设电流作为该目标电芯模型中自定义参数的变量值，这样，用户在触发充电或者放电仿真指令后，终端可以在该COMSOLMutiphysics软件中通过该目标电芯模型对该目标电芯在该预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率(即该当前倍率，如0.33C，1C，2C等)充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真，进而得到模型输出的该目标电芯在该预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电时的目标时间(该目标时间包括充电截止时间或者放电截止时间)、电芯在不同预设时刻的电芯仿真电压、以及不同预设时刻电芯不同预设位置的电芯仿真温度等性能参数。

需要说明的是，基于上述的仿真方法，可以得到该目标电芯在多个预设环境温度、多个预设倍率下分别进行充放电仿真测试的结果，具体的，针对每个预设环境温度，可以仿真得到该预设环境温度下多个预设倍率分别对应的仿真曲线，从而确定出该目标电芯在同一环境温度下，采用不同的充放电倍率进行充放电时的目标性能参数，也可以确定出该目标电芯在同一充放电倍率下，对应不同的环境温度时的该目标性能参数。

在步骤S103中，根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，该目标性能参数包括在该预设环境温度下对该目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对该目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

其中，该目标性能参数可以包括但不限于以下参数中的一个或者多个参数：该目标电芯对应的容量、能量、该目标电芯上的锂离子浓度分布、电势分布以及该目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度，该仿真结果可以包括但不限于以下结果中的一个或者多个：在多个预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的锂离子浓度、在多个预设时刻分别得到的不同位置的固相电势和不同位置的液相电势、对该目标电芯按照该第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的目标时间(该目标时间可以包括充电截止时间或者放电截止时间)、在不同预设时刻分别测得的电芯仿真电压以及设置在不同预设位置的温度感应装置采集的电芯温度，该温度感应装置可以包括温度探针。

需要说明的是，可以预先为该目标电芯模型内置底层的质量守恒方程以及电荷守恒方程，这样，在基于该目标电芯模型对该目标电芯的充电或者放电过程进行仿真时，可以通过该质量守恒方程和锂离子浓度的初始值由模型计算得到该目标电芯在不同预设时刻的该锂离子浓度，通过该电荷守恒方程和固相电势的初始值由模型计算得到目标电芯在不同预设时刻的固相电势，通过该电荷守恒方程和液相电势的初始值由模型计算得到目标电芯在不同预设时刻的液相电势；另外，还可以通过在目标电芯的不同位置定义温度探针，通过该温度探针观测到电芯不同位置的温度变化，该不同位置可以包括电芯的正极极柱、负极极柱、大面中心、极组中心等位置，此处仅是举例说明，本公开对此不作限定。

下面对上述不同的目标性能参数的确定过程分别进行说明。

在根据仿真结果确定目标电芯的锂离子浓度分布的过程中，可以根据多个该预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的锂离子浓度确定该目标电芯在目标时刻的该锂离子浓度分布，其中，该目标时刻可以为多个该预设时刻中的任一时刻，也可以为用户指定的任意两个相邻的预设时刻之间的任一时刻。

若该目标时刻为多个该预设时刻中的任一时刻，一种实现方式可以是获取该目标时刻仿真得到的该目标电芯在不同位置的锂离子浓度，然后以该电化学几何模型中的负极集流体所在的位置为坐标原点，以与该坐标原点的距离为横坐标，以该锂离子浓度为纵坐标画图，得到该目标电芯的锂离子浓度分布，使得用户可以根据坐标图中展示的该锂离子浓度分布情况及时了解该目标电芯在充电或者放电过程中的锂离子移动情况，进而基于此进行电芯的优化设计。

若该目标时刻为任意两个相邻的预设时刻之间的任一时刻，一种实现方式中可以获取该相邻的两个预设时刻分别对应的该目标电芯在不同位置的锂离子浓度，然后针对每个位置的锂离子浓度，根据该位置上相邻的两个预设时刻分别仿真得到的该锂离子浓度，采用插值的方式计算出该目标时刻在该位置的锂离子浓度，之后可以按照与上一段中所述的类似的方式作图，得到在该目标时刻目标电芯在不同位置的锂离子浓度分布情况。

在根据仿真结果确定目标电芯的电势分布的过程中，可以根据多个该预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的该固相电势和不同位置的该液相电势确定该目标电芯在该目标时刻的该电势分布，电芯的电势等于固相电势与液相电势的差值，在本公开一种可能的实现方式中，也可以该目标电芯的预先设置位置(如负极集流体所在的位置)为坐标原点，以与该预先设置位置的距离为横轴，以不同位置上，每一位置的固相电势与液相电势的差值为纵轴作图，确定出该目标电芯的电势分布。

在根据仿真结果确定目标电芯的容量和能量的过程中，可以根据仿真结果中的该目标时间和不同预设时刻分别测得的该电芯仿真电压确定该目标电芯对应的该能量；根据该目标时间确定该目标电芯对应的该容量。

具体地，可以通过在该目标电芯模型中写入如下所示的全局常微分和微分代数方程计算得到该目标电芯的容量和能量：

其中，W表示该目标电芯的能量，Q表示目标电芯的容量，I表示恒流充放电电流(即该第一预设电流)，E_cell表示目标电芯的电芯仿真电压。

另外，该目标性能参数还包括该目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度，该指定位置可以为任一预设位置，在根据该仿真结果确定目标电芯的该目标电芯温度的过程中，可以将设置在该指定位置的温度感应装置采集的该电芯温度作为该目标电芯温度。

基于上述的实施步骤，在生产该目标电芯之前，可以根据对目标电芯在不同的预设环境温度下的恒流倍率充放电过程进行仿真，根据仿真结果得知此款目标电芯的性能，从而根据确定出的目标电芯的性能优化电芯设计，例如，该目标电芯的额定容量为84Ah(安时)，确定出的该目标电芯在进行恒流充电时的实际容量(或称之为实际发挥容量)为78Ah，此时可以通过适当降低极片厚度、增加导电剂、增加多孔电极的孔隙率、降低正极/负极活性材料的颗粒尺寸等措施优化电芯设计，使得优化后的目标电芯满足充放电的性能要求，从而加快了研发进程，缩短了研发周期，减少了人工成本、时间成本与电芯制作成本，实现了电芯设计的快速产品迭代。

为使得在电芯设计研发阶段，用户可以及时获知目标电芯在充电过程或者放电过程中在不同维度上的锂离子浓度分布和电势分布，在本公开中，可以预先建立一维电芯模型、二维电芯模型以及三维电芯模型，也就是说，该目标电芯模型可以包括一维电芯模型、二维电芯模型或者三维电芯模型，其中，该一维电芯模型用于对该目标电芯预设厚度方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真；该二维电芯模型用于对该目标电芯的预设厚度方向和预设高度方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真；该三维电芯模型用于对该目标电芯在所有方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真。

示例地，图3是根据一示例性实施例示出的一种一维电芯模型的结构示意图，图4是根据一示例性实施例示出的一种二维电芯模型的结构示意图，图5是根据一示例性实施例示出的一种三维电芯模型的结构示意图，图3、图4和图5中所示的目标电芯的几何模型结构中，均以目标电芯的正极包括两个涂层为例，如图3所示，该一维电芯模型的几何结构从左到右依次为负极集流体、负极多孔电极、隔膜、正极多孔电极涂层二、正极多孔电极涂层一、正极集流体，这样，假定锂离子仅在电芯的预设厚度方向进行移动，基于该一维电芯模型可以获知该目标电芯在预设厚度方向(如图3所示的电芯几何结构中从左到右的方向)上的锂离子浓度分布和电势分布；如图4所示，该二维电芯模型即为对该一维电芯模型在预设高度方向上进行拉伸后得到的，这样，假定锂离子仅在电芯的预设厚度方向和预设高度方向进行移动，基于该二维电芯模型可以获知该目标电芯在预设厚度方向和预设高度方向上的锂离子浓度分布和电势分布；如图5所示，为该目标电芯的三维电芯模型，该三维电芯模型与实际的电芯结构相同，基于该三维电芯模型可以获知该目标电芯在所有方向上的锂离子浓度分布和电势分布，上述示例仅是举例说明，本公开对此不作限定。

需要说明的是，在根据该目标电芯模型仿真得到该目标电芯的充放电性能参数的过程中，用户触发目标按钮(如“开始仿真”或者“模型计算”等)后，模型即可自行运算，在运算结束后，可以调取相应地目标性能参数绘制可视化图谱，例如，可以绘制电压时间曲线、电压容量曲线、容量功率曲线、电芯温度时间曲线等，还可以绘制电芯充电或者放电过程中的固相或液相的锂离子浓度变化，基于三维电芯模型还可以调取温度分布云图，多孔电极的电势分布、电流密度分布及固相或液相的锂离子浓度分布云图等，从而可以更直观地向用户展示该目标电芯的充放电性能。

采用上述方法，可以通过仿真的方式确定由至少两层涂布电极制成的电芯的充放电性能，从而可以根据仿真得到的该目标性能参数优化电芯设计，无需进行实测以及大量的实验优化，加快了研发进程，缩短了研发周期，减少了人工成本、时间成本与电芯制作成本，实现了电芯设计的快速产品迭代。

另外，还可以根据不同维度的电芯模型确定电芯在不同维度方向上的锂离子浓度分布或者电势分布，从而为电芯的研发设计提供不同维度的参考数据。

图6是根据一示例性实施例示出的一种建立目标电芯模型的方法的流程图，如图6所示，该方法包括以下步骤：

在步骤S601中，获取预设模型参数，该预设模型参数包括自定义参数、电芯设计参数、电化学参数以及热力学参数。

其中，该自定义参数可以包括自定义的充放电倍率以及预设环境温度，该电芯设计参数可以包括目标电芯的设计尺寸，该电化学参数可以包括如表1所示的参数以及目标电芯的多孔正极最大荷电状态、多孔正极最小荷电状态、多孔负极最大荷电状态、多孔负极最小荷电状态、初始电解质盐浓度、布鲁格曼系数等参数等参数，热力学参数可以包括对流换热系数和正负极材料的平衡电位温度导数。

表1

在一种可能的实现方式中，可以根据常用的电化学方程(如Fick第二定律、Butler-Volmer方程、Nernst-Plank方程)通过查阅文献或进行测试两种途径对目标电芯的电化学参数与电芯设计参数进行收集，得到该预设模型参数的初始值。

在步骤S602中，建立该目标电芯对应的有限元电化学几何模型和有限元固体传热几何模型，并根据用户的触发操作设置该有限元电化学几何模型和该有限元固体传热几何模型中每个区域的材料属性。

示例地，以正极由两个涂层制成的目标电芯为例，首先绘制六层结构的目标电芯的三维有限元电化学几何模型，如图5所示，该六层结构依次为正极集流体、正极多孔电极涂层1、正极多孔电极涂层2、隔膜、负极多孔电极、负极集流体，然后赋予不同区域对应的区域属性和材料属性，其中区域属性可以包括正负极活性物质、电解液、隔膜、集流体，例如，可以在模型界面中的“区域属性”接口嵌入相应的区域属性，然后在“锂离子电池”接口中对应定义的几何区域中，选择相应的电解液材料域或者正负极活性材料。进一步地，还可以设置不同区域对应的材料属性，其中，正负极的材料属性包括电导率、固相扩散系数、平衡电位、平衡电位温度导数、参考浓度、电极最大及最小荷电状态等，由于隔膜实体的孔隙由电解液填充，因此需要给隔膜赋予电解液的属性，包括液相扩散系数、电解质电导率、传递数、活性相关性等，给正极或负极集流体赋予铝或者铜的属性，包括电导率，上述仅为举例说明，本公开对此不作限定。

下面以该目标电芯为正极由两个涂层制成的锂离子电池为例，对该目标电芯模型的预先建立过程进行说明。

首先，可以定义负极多孔电极的属性，根据用户的触发操作，获取用户设置的负极材料属性，并进一步确定多孔电极的温度、活性物质体积分数、孔隙率及有效电解质电导率与有效固相扩散系数，定义多孔电极反应温度、电极动力学表达式，定义颗粒插层的温度、初始锂离子浓度，选择锂离子浓度传递模型，在锂离子电池固相颗粒内，锂的扩散一般采用菲克第二定律定义，并且定义颗粒的粒径，另外，负极的活性材料包括但不限于：石墨，氧化亚硅，锂金属等。

其次，定义正极多孔电极涂层1和2的属性，该过程与定义负极多孔电极的属性的过程类似，在此不再赘述，其中，正极的涂层1与涂层2可以是同一种正极材料也可以是不同的正极材料，其中正极材料包含但不限于：钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍钴锰酸锂等，涂层1与涂层2的厚度及孔隙率可以根据实际情况设置，另外，考虑到两个涂层的活性材料的体积分数与孔隙率可能不一样，因此，在设计电芯时可以设置靠近集流体侧的涂层的孔隙率低于靠近隔膜侧的涂层的孔隙率。

之后，可以依次定义隔膜、正负极集流体、电接地与电极电流、初始电池电荷分布，并进行网格划分，以便根据划分后的有限个小的单元进行有限元计算。

在建立好上述的电化学几何模型后，可以建立该目标电芯的固体传热几何模型，根据不同仿真需求可以采用简化几何模型或者采用与实际电芯结构一致的真实几何模型，例如，简化几何模型可以是与实际电芯尺寸一致的长方体，也可以是简化部分结构件的简单几何模型，在此对简化几何模型与真实几何模型的模型结构不作限定，之后可以对该固体传热几何模型中各区域的材料属性(如恒压热容、密度、导热系数等)进行定义，具体地，可以由用户根据电芯各个结构材料种类分别导入相应材料的理论值或实验测值，之后对该固体传热模型进行模型设置，包括设置固体(除极组)的温度，并选择对应的材料属性，定义电芯所处的外部温度，定义不同方向的等效导热系数，定义热源，选择极组域为热源，将电化学模型中的产热耦合到固体传热模型，定义电芯与外部环境的热交换(或者称之为热通量)，通过定义对流换热系数(一般为10-20W*m-2*K-1)，并设置外部温度，即电芯所处的环境温度。

至此即建立了该目标电芯对应的电化学几何模型和固体传热几何模型。

在步骤S603中，获取用户自定义的模型输入参数和模型输出参数。

其中，该模型输入参数可以包括电流密度，该模型输出参数可以包括电池电压、电芯温度、满足仿真停止条件时的充电截止时间或者放电截止时间，该停止条件可以设置为电芯电压的上限或者下限，也可以设置为电芯的温度上限，本公开对此不作限定。

在步骤S604中，根据该预设模型参数、该模型输入参数、该模型输出参数、被设置材料属性的有限元电化学几何模型以及被设置材料属性的有限元固体传热几何模型建立该目标电芯模型。

至此即建立该目标电芯对应的该目标电芯模型，并且不同的预设环境温度对应不同的该目标电芯模型。

还需说明的是，在模型构建过程中，涂覆的层数和每层涂覆的活性材料的基本属性均可以根据实际情况灵活调整，其中基本属性包括：正负极材料的固相扩散系数、电导率、最大锂离子浓度、材料的平衡电位及平衡电位温度导数等。

图7是根据一示例性实施例示出的一种确定电芯充放电性能的装置，如图7所示，该装置包括：

获取模块701，用于获取预先设置的目标电芯模型，该目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，该目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；

仿真模块702，用于通过该目标电芯模型对该目标电芯在该预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；

确定模块703，用于根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，该目标性能参数包括在该预设环境温度下对该目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对该目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

可选地，该目标性能参数包括该目标电芯上的锂离子浓度分布和电势分布；该仿真结果包括在多个预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的锂离子浓度、不同位置的固相电势和不同位置的液相电势；

该确定模块703，用于根据多个该预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的锂离子浓度确定该目标电芯在目标时刻的该锂离子浓度分布；根据多个该预设时刻分别得到的该目标电芯不同位置的该固相电势和不同位置的该液相电势确定该目标电芯在该目标时刻的该电势分布。

可选地，该目标电芯模型包括一维电芯模型、二维电芯模型或者三维电芯模型，其中，该一维电芯模型用于对该目标电芯预设厚度方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真；该二维电芯模型用于对该目标电芯的预设厚度方向和预设高度方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真；该三维电芯模型用于对该目标电芯的预设厚度方向、预设高度方向以及预设长度方向上的该锂离子浓度分布和该电势分布进行仿真。

可选地，该目标性能参数包括该目标电芯对应的容量和能量，该仿真结果包括对该目标电芯按照该第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的目标时间和不同预设时刻分别测得的电芯仿真电压，该目标时间包括充电截止时间或者放电截止时间；

该确定模块703，用于根据该目标时间和不同预设时刻分别测得的该电芯仿真电压确定该目标电芯对应的该能量；根据该目标时间确定该目标电芯对应的该容量。

可选地，该目标性能参数包括该目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度；该仿真结果包括设置在不同预设位置的温度感应装置采集的电芯温度；

该确定模块603，用于将设置在该指定位置的温度感应装置采集的该电芯温度作为该目标电芯温度。

可选地，该目标电芯模型包括电化学模型和固体传热模型；该电化学模型用于对该目标电芯在充放电过程中的电化学性能进行仿真，该固体传热模型用于对该目标电芯在充放电过程中的温度传递进行仿真。

可选地，该目标电芯模型通过以下方式预先建立：

获取预设模型参数，该预设模型参数包括自定义参数、电芯设计参数、电化学参数以及热力学参数；建立该目标电芯对应的有限元电化学几何模型和有限元固体传热几何模型，并根据用户的触发操作设置该有限元电化学几何模型和该有限元固体传热几何模型中每个区域的材料属性；获取用户自定义的模型输入参数和模型输出参数；根据该预设模型参数、该模型输入参数、该模型输出参数、被设置材料属性的有限元电化学几何模型以及被设置材料属性的有限元固体传热几何模型建立该目标电芯模型。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

采用上述装置，可以通过仿真的方式确定由至少两层涂布电极制成的电芯的充放电性能，从而可以根据仿真得到的该目标性能参数优化电芯设计，无需进行实测以及大量的实验优化，加快了研发进程，缩短了研发周期，减少了人工成本、时间成本与电芯制作成本，实现了电芯设计的快速产品迭代。

图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备800的框图。如图8所示，该电子设备800可以包括：处理器801，存储器802。该电子设备800还可以包括多媒体组件803，输入/输出(I/O)接口804，以及通信组件805中的一者或多者。

其中，处理器801用于控制该电子设备800的整体操作，以完成上述的确定电芯充放电性能的方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该电子设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。

在一示例性实施例中，电子设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的确定电芯充放电性能的方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的确定电芯充放电性能的方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由电子设备800的处理器801执行以完成上述的确定电芯充放电性能的方法。

在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的确定电芯充放电性能的方法的代码部分。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种确定电芯充放电性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；

通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；

根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标性能参数包括所述目标电芯上的锂离子浓度分布和电势分布；所述仿真结果包括在多个预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度、不同位置的固相电势和不同位置的液相电势；

所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：

根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的锂离子浓度确定所述目标电芯在目标时刻的所述锂离子浓度分布；

根据多个所述预设时刻分别得到的所述目标电芯不同位置的所述固相电势和不同位置的所述液相电势确定所述目标电芯在所述目标时刻的所述电势分布。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标电芯模型包括一维电芯模型、二维电芯模型或者三维电芯模型，其中，所述一维电芯模型用于对所述目标电芯预设厚度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述二维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向和预设高度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真；所述三维电芯模型用于对所述目标电芯的预设厚度方向、预设高度方向以及预设长度方向上的所述锂离子浓度分布和所述电势分布进行仿真。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标性能参数包括所述目标电芯对应的容量和能量，所述仿真结果包括对所述目标电芯按照所述第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的目标时间和不同预设时刻分别测得的电芯仿真电压，所述目标时间包括充电截止时间或者放电截止时间；

所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：

根据所述目标时间和不同预设时刻分别测得的所述电芯仿真电压确定所述目标电芯对应的所述能量；

根据所述目标时间确定所述目标电芯对应的所述容量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标性能参数包括所述目标电芯上至少一个指定位置的目标电芯温度，所述仿真结果包括设置在不同预设位置的温度感应装置采集的电芯温度，所述指定位置包括任一所述预设位置；

所述根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数包括：

将设置在所述指定位置的温度感应装置采集的所述电芯温度作为所述目标电芯温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标电芯模型包括电化学模型和固体传热模型；所述电化学模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的电化学性能进行仿真，所述固体传热模型用于对所述目标电芯在充放电过程中的温度传递进行仿真。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述目标电芯模型通过以下方式预先建立：

获取预设模型参数，所述预设模型参数包括自定义参数、电芯设计参数、电化学参数以及热力学参数；

建立所述目标电芯对应的有限元电化学几何模型和有限元固体传热几何模型，并根据用户的触发操作设置所述有限元电化学几何模型和所述有限元固体传热几何模型中每个区域的材料属性；

获取用户自定义的模型输入参数和模型输出参数；

根据所述预设模型参数、所述模型输入参数、所述模型输出参数、被设置材料属性的有限元电化学几何模型以及被设置材料属性的有限元固体传热几何模型建立所述目标电芯模型。

8.一种确定电芯充放电性能的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取预先设置的目标电芯模型，所述目标电芯模型用于对目标电芯在预设环境温度下的充放电性能进行仿真，所述目标电芯包括由至少两层涂布电极制成的电芯；

仿真模块，用于通过所述目标电芯模型对所述目标电芯在所述预设环境温度下按照第一预设电流进行恒流倍率充电或者恒流倍率放电的过程进行仿真；

确定模块，用于根据仿真结果确定目标电芯的目标性能参数，所述目标性能参数包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率充电时的充电性能参数，或者包括在该预设环境温度下对所述目标电芯进行恒流倍率放电时的放电性能参数。

9.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，其上存储有计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

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