[發明專利]電池材料混摻比例仿真優化設計方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202211258890.7
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115579085A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 李俊超;周睿;邱志軍;徐中領;張耀
• 申請（專利權）人: 欣旺達電動汽車電池有限公司
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/27
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉美麗

本發明涉及一種電池材料混摻比例仿真優化設計方法、系統、設備及介質，包括：獲取待優化材料的實驗數據，其中，實驗數據包括待優化材料的真密度、粒度分布和壓實密度；將待優化材料的顆粒壓實過程通過離散元模型進行描述；采用粒子群優化算法優化離散元模型參數；基于優化的離散元模型參數生成不同混摻比例的離散元模型并計算其壓實密度，獲得待優化材料的最優混摻比例。本發明通過離散元模擬仿真結合粒子群優化算法對材料的粒徑分布進行優化，確定最優的混摻比例，進而提高電池的壓實密度和能量密度。

技術領域

本發明是關于一種電池材料混摻比例仿真優化設計方法、系統、設備及介質，涉及鋰離子電池技術領域。

背景技術

隨著新能源汽車行業的不斷發展，對鋰離子電池的性能，特別是能量密度的要求越來越高。目前常用的提高能量密度的方法有提高材料克容量和壓實密度。然而，單純提高克容量難度大，涉及到改性與新工藝，改動流程復雜，成本高。提高壓實密度的方法則是快速有效的方法，由于材料成本增加不多，也是目前廠商最主流的做法。

提高壓實密度的方法則是將兩種不同粒度的顆粒進行混摻，實現大小不同的顆粒相互填補顆粒間隙的效果，提高材料的壓實密度。對于顆粒材料通常使用離散元方法進行仿真計算。涉及到鋰離子電池材料的相關研究只是使用離散元方法獲得極片的三維結構模型進行后續研究。

目前大多是通過使用實驗反復試錯的方法尋找多組材料間最佳混摻比例。盡管這種方法可信度高，但是時間和人力成本高。特別是對于三種或以上的材料，由于搜索空間隨種類成指數增加，需要的實驗成本進一步增加。而且，由于電池材料顆粒通常在納米～微米尺度，且在材料開發階段，無法從常見的主流離散元仿真軟件的數據庫或者文獻中獲取相應的參數，如果仿真方法的參數不對，仿真出的結果可信度低。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠獲得最優混摻比例，提高壓實密度和能量密度的電池材料混摻比例仿真優化設計方法、系統、設備及介質。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

第一方面，本發明提供的一種電池材料混摻比例仿真優化設計方法，包括：

獲取待優化材料的實驗數據，其中，實驗數據包括待優化材料的真密度、粒度分布和壓實密度；

建立待優化材料顆粒的初始離散元模型；

采用粒子群優化算法優化離散元模型參數；

基于優化的離散元模型參數生成不同混摻比例的離散元模型并計算其壓實密度，獲得待優化材料的最優混摻比例。

進一步地，建立待優化材料顆粒的初始離散元模型，包括：

計算設定混摻比下，待優化材料中每種材料相應粒徑下的占比；

創建仿真空間，在仿真空間內按照設定混摻比隨機生成N個顆粒；

判斷當前仿真空間內每個顆粒是否不重疊，若有顆粒重疊則增大仿真空間大小；

判斷當前仿真空間整體密度是否小于設定值，若不滿足，則增大仿真空間大小；

重復上述判斷直至滿足條件，生成描述待優化材料的顆粒初始離散元模型。

進一步地，離散元模型參數包括同種材料顆粒之間的接觸參數和不同種材料顆粒之間的接觸參數，其中，同種材料顆粒之間的接觸參數包括摩擦系數、恢復系數、內聚能密度、楊氏模量和泊松比；不同種材料顆粒之間的接觸參數包括不同材料的摩擦系數、恢復系數及內聚能密度。

進一步地，不同種材料顆粒之間的接觸參數采用粒子群優化算法獲得，包括：

設定待優化的離散元模型參數搜索范圍；

初始化S個粒子；