用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法、装置和存储介质与流程

本申请涉及储能器件技术领域，特别涉及一种用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法、装置和存储介质。

背景技术：

相对于柱状和硬壳型储能器件，软包型储能器件具有体积能量密度大、散热性能好和成本低等优势，逐渐成为未来发展的趋势。软包储能器件分为卷绕型和叠片型两种。卷绕型储能器件相对于叠片型器件来讲生产效率更高，设备成本更低，便于批量化生产。在设计储能器件时，卷绕后的电芯和后端的铝塑膜的冲坑深度之间的匹配非常重要，直接决定了设备的兼容性。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：在实际生产中，往往只有根据设计需求推算的正、负极和隔膜的长度，无法得到卷绕后的电芯的厚度，可能会导致前端卷绕工艺和后端电芯入坑尺寸上的不兼容；若是花大量的时间和人力成本来精算得到不同的电极长度和隔膜长度卷绕后对应的单体厚度则会造成大量原材料的损失和生产能力的下降。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种估算卷绕型储能器件单体厚度的方法、装置和存储介质，以在一定程度上解决无法得到卷绕后的电芯的厚度，导致前端卷绕工艺和后端电芯入坑尺寸上的不兼容的技术问题。

第一方面，提供了一种用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法，该方法包括：获取卷绕机的卷轴尺寸，根据所述卷轴尺寸建立估算模型；根据所述估算模型，确定所述单体的卷绕层数；根据所述单体的正极厚度、负极厚度、隔膜厚度和所述卷绕层数，确定所述单体的厚度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，确定所述单体的厚度，包括：根据所述单体卷绕的松紧程度，确定卷绕后所述单体的第一厚度和第二厚度，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，确定所述单体的厚度，还包括：将所述第一厚度和所述第二厚度取均值后，得到第三厚度，所述第三厚度为所述单体的厚度。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，根据所述估算模型，确定单体的卷绕层数，包括：根据所述估算模型，确定所述卷轴的周长；根据所述单体的电极的卷绕长度和所述周长，确定所述卷绕层数。

结合第一方面或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述卷绕层数，包括：所述单体的正极的卷绕层数、所述单体的负极的卷绕层数和所述单体的隔膜的卷绕层数。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，根据所述单体的正极厚度t正、负极厚度t负、隔膜厚度t隔膜和所述卷绕层数，确定所述单体的厚度t单体，包括，通过以下公式确定所述单体的厚度：t单体＝t卷绕+t正×n正+t负×n负+t隔膜×n隔膜

其中，t卷绕根据所述单体不同的卷绕松紧程度确定，n正为所述正极的卷绕层数，n负为所述负极的卷绕层数，n隔膜为所述隔膜的卷绕层数。

结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，获取卷绕机的卷轴尺寸，根据所述卷轴尺寸建立估算模型，包括：获取所述卷轴的长度2a、宽度2b以及所述卷轴的端部两侧面的夹角α，根据所述长度、所述宽度和所述夹角，将所述卷轴的剖面近似为椭圆形。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，根据所述估算模型，确定单体的卷绕层数，包括，通过以下公式计算所述卷绕层数n：

其中，t为电极的厚度，b′为所述椭圆的短半轴长。

第二方面，提供了一种用于估算卷绕型储能器件单体厚度的装置，包括：建模模块，用于获取卷绕机的卷轴尺寸，根据所述卷轴尺寸建立估算模型；卷绕层数获取模块，用于根据所述估算模型，确定所述单体的卷绕层数；单体厚度获取模块，用于根据所述单体的正极厚度、负极厚度、隔膜厚度和所述卷绕层数，确定所述单体的厚度。

第三方面，提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法。

本公开实施例提供的用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法、装置和存储介质，可以实现以下技术效果：

可以普遍适用于各种软包的卷绕型储能器件，具有普适性，并且通过预先的评估，可以减少大量的原材料成本，例如是电极或者隔膜等，与此同时还可以减少相对应的人力和时间成本。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法的流程示意图；

图2是本公开实施例提供的卷轴长度较长的轴线所在平面的剖视图；

图3是本公开实施例提供的图2中卷轴剖面建模的示意图；

图4是本公开实施例提供的图2中卷轴剖面建模的另一示意图；

图5是本公开实施例提供的单体电极和隔膜卷绕的示意图；

图6是本公开实施例提供的单体电极和隔膜卷绕的另一示意图；

图7是本公开实施例提供的对卷绕后电芯的估算厚度和实测的电芯厚度进行对比的结果示意图；

图8是本公开实施例提供的模拟值和实验值之间的误差。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

锂离子电池和超级电容器作为两种目前最常见的储能元件，得到了广泛的关注和研究，在此基础上，为了兼顾锂离子电池的较大能量密度和超级电容器的较大功率密度，在原有两种储能元件的基础上，新的储能器件逐渐涌现出，如：锂离子电容器、混合型电容器、电池型超级电容器等。

无论是传统的锂离子电池和超级电容器还是新型的储能器件，都是以提高能量密度和功率密度为目的进行材料体系设计和结构设计，目前，储能器件的材料体系基本稳定，开创性的材料的量产难度较大，从材料角度提高质量能量密度或体积能量密度可能性不大，因此通过设计储能器件的结构是一种有效改善储能器件的能量密度的方法。

图1是本公开实施例提供用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法的流程示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法，该方法，包括：步骤s1：获取卷绕机的卷轴尺寸，根据卷轴尺寸建立估算模型；步骤s2：根据估算模型，确定单体的卷绕层数；步骤s3：根据单体的正极厚度、负极厚度、隔膜厚度和卷绕层数，确定单体的厚度。

本公开实施例提供的用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法，可以实现以下技术效果：可以普遍适用于各种软包的卷绕型储能器件，具有普适性，并且通过预先的评估，可以减少大量的原材料成本，例如是电极或者隔膜等，与此同时还可以减少相对应的人力和时间成本。

在一些实施例中，获取卷绕机的卷轴尺寸，根据卷轴尺寸建立估算模型，包括：获取卷轴的长度2a、宽度2b以及卷轴的端部两侧面的夹角α，根据长度、宽度和夹角，将卷轴的剖面近似为椭圆形。图2是本公开实施例提供的卷轴长度较长的轴线所在平面的剖视图。如图2所示，获取卷绕机的卷轴尺寸包括：获取卷轴的长度为2a，卷轴的宽度为2b，卷轴的端部两侧面的夹角为α。图2是本公开实施例提供的一种卷轴，可以将卷轴的剖面近似为椭圆形。图3是本公开实施例提供的图2中卷轴剖面建模的示意图。如图3所示，取图2所示的剖面表面的拐点a、b、c、d、e和f为端点，建立估算模型，得到六边形abcdef，以长度较长的轴线所在方向为横坐标，以长度较短的轴线所在的方向为纵坐标，原点为o，建立直角坐标系。结合图2和图3可得，将六边形abcdef近似为椭圆形o，其中，oa和od为长半轴长长度为a，oh为卷轴宽度的一半为b，∠baf＝α，椭圆的长轴长为卷轴的长度2a，椭圆的短轴长为2b′。

图4是本公开实施例提供的图2中卷轴剖面建模的另一示意图。在一些实施例中，根据卷轴的长度、宽度和卷轴的端部两侧面的夹角，得到椭圆的短半轴长，通过以下公式计算得到所述椭圆的短半轴长b′：

如图4所示，过b点做oa的垂线交oa于点g，gb＝oh＝b，可以得到b点的坐标由椭圆的标准方程将b点的坐标带入椭圆的标准方程中可以得到椭圆的短半轴长b′和卷轴宽度b之间的关系。

在一些实施例中，估算单体的卷绕层数时，可以对电极和隔膜在卷轴上的卷绕情况进行简化处理。根据估算模型，电极和隔膜卷绕的第一圈沿椭圆o的周长进行卷绕，之后卷绕的电芯均以o为椭圆圆心，形成一系列共心的椭圆，第一圈电极和隔膜沿卷轴卷绕的周长c1为，

c1＝2×π×b′+4×(a-b′)

根据c1的计算公式，可以得到卷绕在该卷轴上的第n圈的周长为cn，

cn＝2×π×b′n+4×(an-b′n)

其中，an为卷绕第n圈对应的椭圆在横坐标上的截距，b′n为卷绕第n圈对应的椭圆在纵坐标上的截距。可以得到，an＝a+n×t，b′n＝b′+n×t，t为电极的厚度，包含箔材和两面的电极材料层。在各卷绕层卷绕的电芯的周长可以表示为：

c1＝2×π×b′+4×(a-b′)

c2＝2×π×(b′+t)+4×(a+n×t-b′-n×t)

＝2×π×(b′+t)+4×(a-b′)

c3＝2×π×(b′+2×t)+4×(a-b′)

c4＝2×π×(b′+3×t)+4×(a-b′)

…

根据c1、c2、c3和c4，可以类推得到，

cn＝2×π×[b′+(n-1)×t]+4×(a-b′)

电极和隔膜沿卷轴卷绕n圈的总长度l为，

将上式进行整理得到：

π×t×n²+[2×π×b′+4×(a-b′)-π×t]×n-l＝0

进而得到卷绕层数n：

在一些实施例中，获取单体正极卷绕的总长度l正、单体负极卷绕的总长度l负和单体隔膜卷绕的总长度l隔膜。可以根据储能器件的能量设计和电极的参数得到单体正极和单体负极卷绕的总长度。可以根据隔膜的卷绕长度为负极卷绕长度的1.25倍，确定单体隔膜的卷绕长度。本领域技术人员可以根据实际的设计需求，确定单体正极、负极和隔膜的卷绕总长度。

在一些实施例中，根据估算模型，确定单体的卷绕层数，包括：根据估算模型，确定卷轴的周长c；根据单体的电极的卷绕长度和周长c，确定卷绕层数。

在一些实施例中，根据估算模型，确定单体的卷绕层数，包括，通过以下公式计算卷绕层数n：

其中，t为电极的厚度，b′为椭圆的短半轴长。

在一些实施例中，卷绕层数，包括：单体的正极的卷绕层数、单体的负极的卷绕层数和单体的隔膜的卷绕层数。将l正、l负和l隔膜带入计算卷绕层数n的公式中，计算得到单体的正极的卷绕层数n正、单体的负极的卷绕层数n负和单体的隔膜的卷绕层数n隔膜。

在一些实施例中，根据单体的正极厚度t正、负极厚度t负、隔膜厚度t隔膜和卷绕层数，确定单体的厚度t单体，包括，通过以下公式确定单体的厚度：

t单体＝t卷绕+t正×n正+t负×n负+t隔膜×n隔膜

其中，t卷绕根据单体不同的卷绕松紧程度确定，n正为正极的卷绕层数，n负为负极的卷绕层数，n隔膜为隔膜的卷绕层数。本领域技术人员可以根据实际的生产需要或者设计要求，确定单体不同的卷绕松紧程度，进而确定t卷绕。

在一些实施例中，确定单体的厚度，包括：根据单体卷绕的松紧程度，确定卷绕后单体的第一厚度和第二厚度，其中，第一厚度小于第二厚度。第一厚度可以为单体的厚度的极小值，第二厚度可以为单体的厚度的极大值。图5是本公开实施例提供的单体电极和隔膜卷绕的示意图。图6是本公开实施例提供的单体电极和隔膜卷绕的另一示意图。如图5和图6所示，图5是卷绕后电芯较为松散的示意图，根据图5可以得到卷绕后单体的厚度t松散，t松散可以通过以下公式计算得到，

t松散＝t卷绕+t正×n正+t负×n负+t隔膜×n隔膜

＝t卷轴+t正×n正+t负×n负+t隔膜×n隔膜

＝2×b+t正×n正+t负×n负+t隔膜×n隔膜

图6是卷绕后电芯较为紧密的示意图，根据图6可以得到卷绕后单体的厚度t紧密，t紧密可以通过以下公式计算得到，t紧密＝t松散-2×b+2×b′-2×b＝2×(b′-b)+t正×n正+t负×n负+隔膜×n隔膜。

在一些实施例中，确定单体的厚度，还包括：将第一厚度和第二厚度取均值后，得到第三厚度，第三厚度为单体的厚度t单体。在实施本公开实施例的过程中，可以将t松散作为第一厚度的取值，t紧密作为第二厚度的取值，也可以将其他本领域技术人员根据单体卷绕情况确定的t卷绕作为第一厚度或者第二厚度的取值。可以得到卷绕后单体的厚度

本公开实施例还提供了一种用于估算卷绕型储能器件单体厚度的装置，包括：建模模块，用于获取卷绕机的卷轴尺寸，根据卷轴尺寸建立估算模型；卷绕层数获取模块，用于根据估算模型，确定单体的卷绕层数；单体厚度获取模块，用于根据单体的正极厚度、负极厚度、隔膜厚度和卷绕层数，确定单体的厚度。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本公开实施例还提供了一种用于估算卷绕型储能器件厚度的装置，包括：处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的用于估算卷绕型储能器件厚度的方法。

本公开实施例还提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于估算卷绕型储能器件厚度的方法。

图7是本公开实施例提供的对卷绕后电芯的估算厚度和实测的电芯厚度进行对比的结果示意图。对于卷绕机卷绕的不同长度的正、负极和隔膜，采用本公开实施例提供的用于估算卷绕型储能器件单体厚度的方法、装置或者存储介质，对卷绕后电芯的估算厚度和实测的电芯厚度进行对比的结果，如图7所示，图7中横坐标为实验编号，纵坐标为电芯厚度，图中方形点代表模拟值，圆形点代表实验值，根据图7中的曲线，可以得到实验值和模拟值几乎重合，说明本方法、装置或者存储介质对于估算卷绕后电芯的厚度的准确性较强。图8是本公开实施例提供的模拟值和实验值之间的误差。如图8所示，图8中横坐标为实验编号，纵坐标为模拟值和实验值之间的偏差，根据图8可以得到实验值和模拟值之间的偏差范围为0.16％到0.17％，模拟的准确率达到了约99％，对生产线生产评估、产品设计和产线前、后段工艺的兼容性评估具有较强的指导意义。

本公开实施例从卷绕工艺出发，通过合理的建立数学估算模型，实现了根据单体参数推算出卷绕层数和最终形成单体的卷绕厚度，并通过实验来验证模型的准确性，为电池或电容器生产厂家的单体设计提供前期技术支持，避免了原材料的浪费和人力成本的增加。

前述内容，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。