电池模组缓冲材料选型方法、压缩量确定方法及应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种电池模组缓冲材料选型方法、压缩量确定方法及应用。

背景技术：

1、锂离子电池在充放电循环过程中，会使电池发生一定程度的膨胀形变，这种膨胀形变主要是由正负极材料脱嵌锂相变共同作用的结果，在电池寿命末期，膨胀变形过大可能会造成电池模组端板开裂、以及模组尺寸超差等问题。

2、电池模组内常在电芯间采用缓冲材料，一是提供一定的电芯膨胀缓冲空间，二是通过缓冲材料的初始压缩量提供一定的预紧力来抑制电芯的膨胀。现有大多数是凭人为经验来选择合适类型的缓冲材料用于制作电池模组，此种选型方法获得的缓冲材料不一定适合，很有可能导致最终制得的电池模组出现因电芯膨胀力过大，而导致电池模组端板出现开裂等问题，进而影响电池模组的性能。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种电池模组缓冲材料选型方法、压缩量确定方法及应用。

2、本发明的第一方面，提供一种电池模组缓冲材料的选型方法，包括：

3、构建电池模组膨胀力仿真模型；其中，采用电芯实体单元网格构建所述电池模组中的电芯，采用绝缘膜壳单元网格构建所述电芯表面包覆的绝缘膜，采用一维弹性单元构建设置在所述绝缘膜外的缓冲材料；

4、根据多种不同类型缓冲材料的压缩参数和所述电池模组膨胀力仿真模型，确定多种类型缓冲材料对应的电池模组应力；其中，所述压缩参数包括初始压缩量和应力-应变曲线；通过赋予所述电芯实体单元网格以热膨胀系数β，所述电池模组膨胀力仿真模型使得所述电芯实体单元网格和所述绝缘膜壳单元网格通过接触关系进行力的传递；

5、根据所述多种类型缓冲材料对应的电池模组应力，确定目标类型缓冲材料。

6、优选的，采用有限元方法构建所述电池模组膨胀力仿真模型；其中，所述电池模组包括电池、缓冲材料和端板，所述电池包括至少一个电芯，所述电芯的表面包覆有绝缘膜，所述电池远离所述缓冲材料两侧设置所述端板。

7、优选的，将所述缓冲材料的应力-应变曲线转换为所述一维弹性单元的变刚度曲线。

8、优选的，所述一维弹性单元为弹簧单元。

9、优选的，所述绝缘膜采用绝缘膜壳单元网格，在相邻的所述绝缘膜壳单元网格之间设置所述一维弹性单元；

10、所述绝缘膜壳单元网格朝向所述一维弹性单元一面的面积为s、节点数为n1；所述一维弹性单元的数量为n2，n2＝n1。

11、优选的，所述一维弹性单元的变刚度曲线为：

12、f＝-σ×s÷n2

13、x＝-1×t×ε

14、其中，f为一维弹性单元的弹性力，x为一维弹性单元的压缩量；σ为缓冲材料的压缩应力，ε为缓冲材料的应变，t为缓冲材料的自由状态厚度。

15、优选的，采用所述绝缘膜的真实厚度t作为所述绝缘膜壳单元网格的厚度。

16、优选的，所述绝缘膜壳单元网格与所述缓冲材料之间的距离为所述绝缘膜的真实厚度t的一半，所述绝缘膜壳单元网格与电芯之间的距离为所述绝缘膜的真实厚度t的一半。

17、优选的，所述电芯采用电芯实体单元网格，所述电芯实体单元网格与所述绝缘膜壳单元网格是摩擦接触连接，使得所述电池模组膨胀力仿真模型呈现电芯大面中间变形大、四周变形小的真实电芯膨胀效果。

18、优选的，获取所述电芯实体单元网格的建模参数，所述电芯实体单元网格的建模参数包括密度ρ、弹性模量e、泊松比υ、热膨胀系数β；其中，所述泊松比采用预设泊松比；根据所述电芯的实际体积v和实际质量m，确定所述密度ρ＝m/v。

19、优选的，采用仿真与试验对标的方式获取所述弹性模量e，包括：

20、对处于夹持状态下的电芯进行充放电测试，获取电芯寿命末期的膨胀力；其中，所述电芯寿命末期为所述电芯进行预设次数的充放电测试；

21、通过仿真方式对所述电池模组膨胀力仿真模型分别输入不同的弹性模量，获取不同的弹性模量对应的端板支反力，将所述端板支反力与所述电芯充电末期的膨胀力的差值在预设阈值内对应的弹性模量作为所述电芯实体单元网格最佳的弹性模量e。

22、优选的，所述热膨胀系数β的获取方法，包括：

23、对处于自由状态下的电芯进行充放电测试，获取电芯寿命末期的膨胀量δ；

24、根据所述电芯寿命末期的膨胀量δ，确定所述热膨胀系数β为：

25、β＝δ÷(δt×μ)

26、其中，δt为预设温升，μ为电芯原始厚度。

27、优选的，所述端板采用端板壳单元网格，所述端板壳单元网格朝向电芯的一面与相邻的所述绝缘膜之间的距离等于所述端板的真实厚度与所述绝缘膜的真实厚度之和的一半；

28、或者，所述端板采用端板实体单元，所述端板实体单元朝向电芯的一面与相邻的所述绝缘膜之间的距离等于所述绝缘膜的真实厚度的一半。

29、优选的，所述根据所述多种类型缓冲材料对应的电池模组应力，确定目标类型缓冲材料，包括：

30、从所述多种类型缓冲材料对应的电池模组应力中选择应力最小、或者应力小于预设应力阈值、或者应力在应力阈值区间内对应类型缓冲材料，作为目标类型缓冲材料。

31、本发明的第二方面，提供一种电池模组，所述电池模组包括本技术任意实施例所述的电池模组缓冲材料的选型方法确定的目标类型缓冲材料。

32、本发明的第三方面，提供一种电池模组膨胀力仿真模型一维弹性单元的初始压缩量确定方法，所述电池模组膨胀力仿真模型基于本技术任意实施例所述的电池模组缓冲材料的选型方法中构建的电池模组膨胀力仿真模型；所述一维弹性单元的初始压缩量确定方法，包括：

33、对已知类型缓冲材料对应的一维弹性单元设置不同的预设参考原始长度l，根据所述一维弹性单元不同的预设参考原始长度l以及一维弹性单元的网格模型中的初始实际长度l’，确定在不同的预设参考原始长度l下所述已知类型缓冲材料的初始压缩量a，具体如下：

34、l＝t+t

35、l’＝t’+t

36、a＝t-t’＝l-l’

37、其中，l为一维弹性单元的预设参考原始长度；t为缓冲材料的自由状态厚度，l’为一维弹性单元的网格模型中的初始实际长度，t’为缓冲材料的初始压缩状态厚度，t为绝缘膜的真实厚度，a为缓冲材料的初始压缩量；

38、根据在不同的预设参考原始长度l下所述已知类型缓冲材料的初始压缩量a和所述电池模组膨胀力仿真模型，得到不同的初始压缩量对应的电池模组应力；

39、根据所述不同的初始压缩量对应的电池模组应力，确定已知类型缓冲材料对应的一维弹性单元的初始压缩量。

40、优选的，所述根据所述不同的初始压缩量对应的电池模组应力，确定已知类型缓冲材料对应的一维弹性单元的初始压缩量，包括：

41、从所述不同的初始压缩量对应的电池模组应力中选择应力最小或者应力小于预设应力阈值、或者应力在应力阈值区间内对应的初始压缩量，作为已知类型缓冲材料对应的一维弹性单元的初始压缩量。

42、本发明的第四方面，提供一种电池模组膨胀力仿真模型，所述电池模组膨胀力仿真模型包括一维弹性单元，所述一维弹性单元的初始压缩量采用本技术任意实施例所述的电池模组膨胀力仿真模型一维弹性单元的初始压缩量确定方法获得。

43、根据本发明提供的电池模组缓冲材料选型方法、压缩量确定方法及应用，该缓冲材料选型方法在构建电池模组膨胀力仿真模型中，电芯和绝缘膜分开建模且二者采用接触关系进行力的传递，并采用一维弹性单元构建缓冲材料，构建的电池模组膨胀力仿真模型能真实的模拟电芯膨胀过程，防止膨胀压缩传递的模拟失真，模型的准确度高，利用该电池模组膨胀力仿真模型确定的确定目标类型缓冲材料，可以提供电芯足够的膨胀空间，且能提供足够的预紧力来抑制电芯的膨胀，该目标类型缓冲材料制得的电池模组的不会出现因电芯膨胀力过大，而导致电池模组端板出现开裂等问题，保障了电池模组的性能和使用寿命。