[發(fā)明專利]一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法

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• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號: CN113569396A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉杰;蔣亞東;褚學(xué)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 秦皇島市芯馳光電科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818
• 代理人: 劉巖

本發(fā)明公開了一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法，通過以每個部件的坐標(biāo)位置為基礎(chǔ)，繪制出具有實體形狀的圖形，用圖像表現(xiàn)出圓柱電池的電芯結(jié)構(gòu)，反映出具體工藝尺寸下電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用上述的一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法，對于圓柱形電池的工藝設(shè)計的有積極作用，精確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是綠色環(huán)保的新型儲能電池，具有能量密度大、使用壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，在電子技術(shù)、電動汽車、太陽能儲能、應(yīng)急備用電源、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

在鋰電池中，圓柱形鋰電池極受歡迎，所以對其性能的要求也不斷提高，其中，鋰電池設(shè)計工藝的改進和新型材料電池的設(shè)計是關(guān)鍵步驟。

目前，每一種新型材料或新工藝的改進都需要結(jié)合各個環(huán)節(jié)的制程能力來做相應(yīng)的優(yōu)化與設(shè)計。其中，對于電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在有限數(shù)據(jù)的情況下，計算電芯直徑的方法比較復(fù)雜和粗糙，預(yù)知電芯成型之后的總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以及各部件的位置極為困難，這使得電池的生產(chǎn)實際情況中與設(shè)計預(yù)期偏差較大。

同時，不合理的設(shè)計對電池的安全性影響也是致命的，電池設(shè)計的準(zhǔn)確性、合理性很難及時進行判斷，對電池在生產(chǎn)和使用過程中的風(fēng)險無法有效規(guī)避。再者，在鋰電池追求高能量密度的同時，提高對電池內(nèi)部有限空間的利用率變得十分重要，電池內(nèi)部各部件的相對位置直接影響到卷繞成型電芯的圓形度，各部件位置安排不合理，圓形度就會較差，空間利用率也就會降低，所以合理利用電池內(nèi)部空間對提高電池能量密度極為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法，對于圓柱形電池的工藝設(shè)計的有積極作用，精確度高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬仿真分析方法，通過以每個部件的坐標(biāo)位置為基礎(chǔ)，繪制出具有實體形狀的圖形，用圖像表現(xiàn)出圓柱電池的電芯結(jié)構(gòu)，反映出具體工藝尺寸下電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

具體步驟如下：

S1、根據(jù)規(guī)定與需求設(shè)計出電池的外觀尺寸和各零部件狀態(tài)參數(shù)；

S2、根據(jù)各零部件尺寸參數(shù)和位置要求，計算出每個部件在卷繞極組成型后的位置數(shù)據(jù)；

S3、將各部件位置數(shù)據(jù)繪制成圖形，并進行結(jié)合處理形成仿真圖形。

優(yōu)選的，步驟S1中，根據(jù)電池規(guī)定的容量以及外殼尺寸要求，設(shè)計出電活性物質(zhì)的涂覆量、展平狀態(tài)下極片與隔膜的尺寸參數(shù)以及相應(yīng)的極耳和貼膠的尺寸及相對位置參數(shù)。

優(yōu)選的，步驟S2中，計算方法為以所設(shè)計特征參數(shù)為基礎(chǔ)，隔膜卷繞起始點為卷繞起始位置，卷針中心為原點，利用其旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)角度，計算單個部件每卷繞1°后對應(yīng)點的坐標(biāo)位置；

以每卷繞1°后的累積弧長作為該部件卷繞的總長，再將其他部件在已卷繞設(shè)計的長度后于合適位置入片(入片前或卷繞結(jié)束后需根據(jù)部件厚度形成5°～20°的過渡圓弧)，結(jié)合該部件的厚度，根據(jù)其半徑和旋轉(zhuǎn)角度，計算其每一層每卷繞1°后的點的坐標(biāo)位置，直至卷繞結(jié)束。

優(yōu)選的，步驟S3中，最終將單個部件的相關(guān)點以平滑曲線連接，形成該部件的平面螺旋線圖，即其位置狀態(tài)圖；再將全部部件整合、處理，形成具有一定實體外觀的圓柱電池結(jié)構(gòu)仿真圖(橫截面)；之后再根據(jù)整體數(shù)據(jù)提取出成型極組圓周點的坐標(biāo)位置和極組直徑分布數(shù)據(jù)做成曲線圖和圓周圖。

優(yōu)選的，所述仿真分析方法適用于任何圓柱型卷繞工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計的鋰離子電池。

優(yōu)選的，所述仿真分析方法能準(zhǔn)確的模擬卷繞成型極組的外徑尺寸、正負極入片位置、極耳位置、貼膠位置和極組的圓形度。