[发明专利]考虑应力作用的锂电池仿真方法及系统、装置、存储介质

权利要求书

1.一种考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

将锂电池内部物理化学过程与应力场进行耦合修正以构建锂电池的电化学-力耦合模型，所述应力场包括内部扩散诱导应力和外部荷载应力；

计算锂电池的内部扩散诱导应力；

测量锂电池的外部荷载应力；

将计算得到的所述内部扩散诱导应力以及测量得到的所述外部荷载应力带入至所述电化学-力耦合模型并对模型进行仿真求解，获取反映锂电池工作状态的物理量。

2.根据权利要求1所述的考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，所述电化学-力耦合模型包括：

应力-扩散耦合修正的固相传质方程，表示为：

其中，c_s为固相锂离子浓度，t为时间，D_s为锂离子固相扩散系数，θ_M为应力修正项系数，σ_c为内部扩散诱导应力，σ_e为外部荷载应力，▽为梯度运算符，Ω为偏摩尔体积，

R为普适气体常数，F为法拉第常数；

固相电势方程，表示为：

其中，x为伪二维模型中的x轴坐标点，σ^eff为固相有效电导率，φ_s为固相电势，a为锂电池的比表面积，j_n为锂离子通量；

液相传质方程，表示为：

其中，ε_e为电极中的电解液体积分数，c_e为液相锂离子浓度，为锂离子液相有效扩散系数，t_c为阳离子转移数；

液相电势方程，表示为：

其中，φ_e为液相电势，i_e为液相电流密度，κ^eff为锂离子液相有效电导率，T为锂电池的温度，为热动力学因子；

巴特勒福尔默方程，表示为：

其中，i₀为电极交换电流密度，c_s,max为锂离子固相最大浓度，c_ss为反应颗粒固相表面浓度，α^a、α^c为电极反应转化系数。

3.根据权利要求1所述的考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，计算锂电池的内部扩散诱导应力包括采用下式计算锂电池电芯正负电极内的活性材料球状反应颗粒的扩散诱导应力：

其中，σ_c为内部扩散诱导应力，r为伪二维模型中的r轴坐标点，Ω为偏摩尔体积，E为杨氏模量，v为泊松比，R为活性材料球状反应颗粒的半径，为实际锂离子浓度与参考浓度的差值。

4.根据权利要求1所述的考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，测量锂电池的外部荷载应力包括：将应变传感器固定于锂电池的外表面受外部荷载最大的点，采用所述应变传感器获取所述外部荷载应力。

5.根据权利要求1所述的考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，所述方法还包括采用所述反映锂电池工作状态的物理量评估锂电池的安全状态，当所述反映锂电池工作状态的物理量超过设定阈值范围则判定锂电池工作异常。

6.根据权利要求5所述的考虑应力作用的锂电池仿真方法，其特征在于，所述反映锂电池工作状态的物理量包括电芯厚度变化。