[發(fā)明專利]一種手機(jī)運行時的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611215683.8
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106599508A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段冀淵;嚴(yán)波;楊榮靜;繆文彬;李計融;張琳;王濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中華人民共和國上海出入境檢驗檢疫局
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海麥其知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31257
• 代理人: 董紅曼

1.一種手機(jī)運行時的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：建立包含鋰離子電池的手機(jī)幾何物理模型，劃分所述幾何物理模型的有限元網(wǎng)格，定義手機(jī)內(nèi)各組成部分的材料屬性；

步驟二：建立鋰離子電池充放電的數(shù)學(xué)物理模型、鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱數(shù)學(xué)模型及手機(jī)傳熱模型；

步驟三：基于所述鋰離子電池充放電的數(shù)學(xué)物理模型和所述鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱數(shù)學(xué)模型，采用有限元法仿真手機(jī)運行時鋰離子電池充放電過程及鋰離子電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)過程；

步驟四：基于所述手機(jī)傳熱模型，采用有限元法仿真手機(jī)運行時內(nèi)部元器件、鋰離子電池充放電和鋰離子電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)熱作為熱源時的手機(jī)傳熱過程；

步驟五：預(yù)測鋰離子電池?zé)崾Э剡^程。

其中，所述鋰離子電池充放電的數(shù)學(xué)物理模型包括電荷守恒方程、質(zhì)量守恒方程和電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程；鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱數(shù)學(xué)模型包括SEI分解反應(yīng)、陰極材料與電解質(zhì)反應(yīng)、陽極材料與電解質(zhì)反應(yīng)和電解質(zhì)分解反應(yīng)產(chǎn)熱模型；手機(jī)傳熱模型中的熱源包括：鋰離子電池充放電產(chǎn)熱、鋰離子電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱、手機(jī)元器件產(chǎn)熱。

2.如權(quán)利要求1所述的手機(jī)運行時的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)測方法，其特征在于，在電解質(zhì)中，正、負(fù)離子為導(dǎo)電電荷，且電解質(zhì)溶液為濃溶液，所述電荷守恒模型以如下公式(1)表示：

$\frac{\∂}{\∂x}\left(k_{eff}\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂x}\right)+\frac{2RT}{F}(1-t_{+}^0)\frac{\∂}{\∂x}\left(k_{eff}\frac{\∂lnc}{\∂x}\right)=0;---\left(1\right)$

式(1)中，φ為電勢，k_eff為電解質(zhì)等效導(dǎo)電系數(shù)，為鋰離子的遷移數(shù)，R為普適氣體常量，T為溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，x為一維電極在鋰離子電池厚度方向上的坐標(biāo)，c為鋰離子濃度；

在電極活性材料顆粒中，導(dǎo)電電荷為電子，所述電荷守恒模型以如下公式(2)表示：

${\mathrm{\σ}}_{eff}\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{\∂x^2}=aFJ;---\left(2\right)$

式(2)中，φ為電勢，σ_eff為電極活性材料顆粒、集流體的等效導(dǎo)電系數(shù)，J為電解質(zhì)與電極活性材料顆粒之間的電化學(xué)反應(yīng)電流密度，a為電極的活性材料顆粒的比面積，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，x為一維電極在鋰離子電池厚度方向上的坐標(biāo)；

在電解質(zhì)中，鋰離子在濃度梯度作用下擴(kuò)散，所述質(zhì)量守恒模型以如下公式(3)表示：

$\mathrm{\ϵ}\frac{\∂c}{\∂t}=\frac{\∂}{\∂x}\left(D_{eff}\frac{\∂c}{\∂x}\right)+(1-t_{+}^0)aJ;---\left(3\right)$

式(3)中，ε為孔隙率，c為鋰離子濃度，t為時間，D_eff為鋰離子在電極活性材料顆粒中的等效擴(kuò)散系數(shù)，為鋰離子的遷移數(shù)，J為電解質(zhì)與電極活性材料顆粒之間的電流密度，a為電極的活性材料顆粒的比面積，x為一維電極在鋰離子電池厚度方向上的坐標(biāo)；

在電極活性材料球形顆粒中，鋰離子在濃度梯度作用下擴(kuò)散，所述質(zhì)量守恒模型以如下公式(4)表示：

$\frac{\∂c}{\∂t}=D\frac{1}{r^2}\frac{\∂}{\∂r}\left(r^2\frac{\∂c}{\∂r}\right);---\left(4\right)$

式(4)中，c為鋰離子濃度，t為時間，r為球坐標(biāo)，D為鋰離子在電極活性材料顆粒中的擴(kuò)散系數(shù)；

在電極活性材料顆粒與電解質(zhì)界面的電化學(xué)反應(yīng)動力模型以如下公式(5)表示：

$j^{Li}=\frac{i_n}{F}=\frac{i_0}{F}\{\exp \left(\frac{\mathrm{\α}F}{RT}\mathrm{\η}\right)-\exp \[-\frac{(1-\mathrm{\α})F}{RT}\mathrm{\η}\]\},---\left(5\right)$

其中，η＝φ_s-φ_l-U_OCP，i₀＝Fk(c_l)^α(c_θ)^α(c_s)^1-α，c_θ＝c_max-c_s；

式(5)中，j^Li為電化學(xué)反應(yīng)速率，i₀為交換電流密度，η為界面過電壓，U_OCP為開路電壓，i_n為電極活性材料顆粒單位面積上的反應(yīng)電流密度，α為電極反應(yīng)中過電壓在電化學(xué)反應(yīng)中的比重，c_l為電解質(zhì)中的鋰離子濃度，c_s為電極活性材料顆粒表面鋰離子濃度，k為反應(yīng)常數(shù)，c_θ為電極活性材料表面的鋰離子濃度空隙，c_max為電極活性材料顆粒理論上的最大的鋰離子濃度。