【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池建模，尤其是涉及一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬及建模方法。
技術介紹
1、鋰離子電池憑借其高能量密度、低自放電率和長壽命成為純電動汽車和混合動力汽車的主要動力源，對緩解能源枯竭和環境污染問題具有重大意義。
2、鋰離子電池是一個復雜的多物理場系統，其內部發生多種物理化學過程。對鋰離子電池進行準確建模有利于更好的進行電池設計和電池管理。對于電池設計，目前制造商常常采用試錯的方法，即制造出具有不同幾何結構的電池樣品，通過一系列電化學測試得到結構與性能之間的映射關系，從而得到滿足預期要求的最優電池結構。這種方法需要耗費大量的人力物力而且往往開發周期過長。與此相比，通過建立電池電化學模型可以基于仿真手段預測電池性能，大大節省開發成本；對于電池管理，在電池運行過程中基于電化學模型準確估計電池的荷電狀態、健康狀態、溫度等信息有助于使電池始終工作在適宜的區間內，提高電池安全性能并延長使用壽命。
3、目前對電池電化學模型的建立主要是基于傳統的p2d理論，例如公開號為cn110457742a的專利技術專利公開的“一種鋰離子電池電化學-熱-機械耦合模型及建模方法”；公開號為cn115238455a的專利技術專利公開的“一種鋰離子電池多尺度多維度電化學-力-熱耦合模型的構建方法”；公開號為cn112883610a的專利技術專利公開的“疊片式鋰離子電池的電化學-熱-結構耦合多尺度建模方法”。p2d模型把活性顆粒假設為均勻分布的球形，使用bruggeman關系式近似計算固液相的有效傳輸參數，忽略了電
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在目前對電池電化學模型的建立主要是基于傳統的p2d理論，忽略了電極內結構的異質性的缺陷而提供一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬及建模方法。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，包括以下步驟：在鋰離子電池運行過程中，基于預先構建好的鋰離子電池電化學模型估計鋰離子電池的荷電狀態、健康狀態和溫度信息；
4、所述鋰離子電池電化學模型由基礎電化學模型經過電極三維圖像修正得到；
5、所述基礎電化學模型包括幾何模型部分、電化學參數部分和偏微分方程組部分，用于求解電池內固/液相中的電勢和li+濃度分布；
6、所述電極三維圖像用于解析電極內結構的不均勻性，修正所述幾何模型部分。
7、進一步地，所述基礎電化學模型的幾何模型部分包括電池幾何參數和電極幾何參數；
8、所述電池幾何參數包括正負極的長度、寬度和厚度；隔膜的長度、寬度和厚度；
9、所述電極幾何參數包括正負極活性材料d50直徑、正負極電極孔隙率、正負極三個方向上的固相迂曲度及三個方向上的液相迂曲度；所述電極幾何參數由所述電極三維圖像得到。
10、進一步地，所述基礎電化學模型的電化學參數部分包括活性材料參數、電解液參數及反應動力學參數；
11、所述活性材料參數包括固相擴散系數、固相初始鋰離子濃度、固相最大嵌鋰濃度、固相電導率、電極平衡電位和電極工作區間；
12、所述電解液參數包括液相擴散系數、液相初始鋰離子濃度、液相電導率、傳遞數和活性相關性；
13、所述反應動力學參數包括反應速率常數。
14、進一步地，所述基礎電化學模型的偏微分方程組部分包括固相傳質守恒方程、固相傳荷守恒方程、液相傳質守恒方程、液相傳荷守恒方程和butler-volmer反應動力學方程。
15、進一步地，所述電極三維圖像包括正極三維真實微結構和負極三維真實微結構；所述電極三維圖像由成像及處理技術得到。
16、本專利技術還提供一種實現如上所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法的電池電化學建模方法，包括以下步驟：
17、s1：測量待測鋰離子電池的正負電極以及隔膜的長度、寬度和厚度，得到電池幾何參數；
18、s2：獲取待測鋰離子電池正極和負極局部的三維真實微結構，并通過圖像處理方法分割出固、液兩相并統計得到正極活性材料d50直徑dpos和負極活性材料d50直徑dneg；
19、s3：將待測鋰離子電池正極的三維真實微結構沿厚度方向等分為n份，每份厚度為dpos，將待測鋰離子電池負極的三維真實微結構沿厚度方向等分為m份，每份厚度為dneg，每份電極的電極幾何參數均由對應的電極三維圖像獲得；
20、s4：根據各個等分后的電池正極的三維真實微結構，分別得到對應的正極活性材料d50直徑、正極電極孔隙率、正極三個方向上的固相迂曲度和三個方向上的液相迂曲度，即正極的電極幾何參數；根據各個等分后的電池負極的三維真實微結構，分別得到對應的負極活性材料d50直徑、負極電極孔隙率、負極三個方向上的固相迂曲度和三個方向上的液相迂曲度，即負極的電極幾何參數；
21、s5：獲取待測鋰離子電池中活性材料的電化學參數、電解液的電化學參數以及反應動力學參數；
22、s6：基于p2d模型理論框架，根據步驟s1獲取的電池幾何參數建立步驟s3中各個等分后的電池正極、電池負極以及隔膜的幾何結構；將步驟s4中得到的電極幾何參數賦予所述幾何結構中；為相應的幾何結構定義固相傳質守恒方程、固相傳荷守恒方程、液相傳質守恒方程、液相傳荷守恒方程和butler-volmer反應動力學方程，并將步驟s5得到的各類電化學參數賦予到各個方程的變量中，得到鋰離子電池電化學模型；
23、s7：對所述待測鋰離子電池進行放電測試，獲取實驗數據，基于該實驗數據對所述鋰離子電池電化學模型進行精度驗證，若驗證通過，則完成待測鋰離子電池的電化學建模。
24、進一步地，步驟s2中，采用聚焦離子束-掃描電子顯微鏡獲取待測鋰離子電池正負極的二維圖像測試集，然后在三維可視化軟件中進行三維重構，得到正極和負極局部的三維真實微結構；
25、分割出固、液兩相的所述圖像處理方法為閾值分割法。
26、進一步地，步驟s3中，將正極的三維真實微結構沿厚度方向等分為n份的原則為：保證dpos不小于dpos的前提下，使n盡可能大；將負極的三維真實微結構沿厚度方向等分為m份的原則為：保證dneg不小于dneg的前提下，使m盡可能大。
27、進一步地，步驟s5中，所述活性材料的電化學參數包括固相擴散系數、固相初始鋰離子濃度、固相本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：在鋰離子電池運行過程中，基于預先構建好的鋰離子電池電化學模型估計鋰離子電池的荷電狀態、健康狀態和溫度信息；
2.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的幾何模型部分包括電池幾何參數和電極幾何參數；
3.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的電化學參數部分包括活性材料參數、電解液參數及反應動力學參數；
4.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的偏微分方程組部分包括固相傳質守恒方程、固相傳荷守恒方程、液相傳質守恒方程、液相傳荷守恒方程和Butler-Volmer反應動力學方程。
5.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述電極三維圖像包括正極三維真實微結構和負極三維真實微結構；所述電極三維圖像由成像及處理技術得到。
6.一種實現如權利
7.根據權利要求6所述的電池電化學建模方法，其特征在于，步驟S2中，采用聚焦離子束-掃描電子顯微鏡獲取待測鋰離子電池正負極的二維圖像測試集，然后在三維可視化軟件中進行三維重構，得到正極和負極局部的三維真實微結構；
8.根據權利要求6所述的電池電化學建模方法，其特征在于，步驟S3中，將正極的三維真實微結構沿厚度方向等分為N份的原則為：保證dpos不小于Dpos的前提下，使N盡可能大；將負極的三維真實微結構沿厚度方向等分為M份的原則為：保證dneg不小于Dneg的前提下，使M盡可能大。
9.根據權利要求6所述的電池電化學建模方法，其特征在于，步驟S5中，所述活性材料的電化學參數包括固相擴散系數、固相初始鋰離子濃度、固相最大嵌鋰濃度、固相電導率、電極平衡電位和電極工作區間；
10.根據權利要求6所述的電池電化學建模方法，其特征在于，步驟S6中，所述幾何結構的排列方式為：正極N、正極N-1、……、正極1、隔膜、負極1、負極2、……、負極M；所述幾何結構的各個組件之間相互貼合，構成完整的幾何模型。
...【技術特征摘要】
1.一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：在鋰離子電池運行過程中，基于預先構建好的鋰離子電池電化學模型估計鋰離子電池的荷電狀態、健康狀態和溫度信息；
2.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的幾何模型部分包括電池幾何參數和電極幾何參數；
3.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的電化學參數部分包括活性材料參數、電解液參數及反應動力學參數；
4.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述基礎電化學模型的偏微分方程組部分包括固相傳質守恒方程、固相傳荷守恒方程、液相傳質守恒方程、液相傳荷守恒方程和butler-volmer反應動力學方程。
5.根據權利要求1所述的一種基于電極三維圖像修正的電池電化學模擬方法，其特征在于，所述電極三維圖像包括正極三維真實微結構和負極三維真實微結構；所述電極三維圖像由成像及處理技術得到。
6.一種實現如權利要求1-5任一所述的一種基于電極三...
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