本發(fā)明屬于密封壽命分析領(lǐng)域，特別涉及一種軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

壽命預(yù)測一般指通過歷史信息或壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品的壽命水平進(jìn)行評估，以此預(yù)測產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行條件下的壽命情況。由于大容量軟包鋰離子電池封裝技術(shù)尚不成熟，導(dǎo)致實(shí)際使用過程中存在漏氣、漏液等密封失效行為，造成鋰離子電池功能失效、壽命水平降低。因此，如何合理準(zhǔn)確地預(yù)測軟包鋰離子電池的密封壽命是亟需解決的關(guān)鍵問題。

目前國內(nèi)外研究多集中在密封材料的制備、封裝工藝的改進(jìn)。通過評價(jià)密封材料諸如阻隔性、熱封強(qiáng)度、耐電解液性能等主要技術(shù)指標(biāo)，以此評估基于該密封材料包裝的軟包鋰離子電池正常工作條件下的密封性能水平高低。但是對于軟包鋰離子電池在實(shí)際使用條件下的密封壽命預(yù)測評估目前缺乏相應(yīng)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測方法，該方法針對軟包鋰離子電池的關(guān)鍵失效模式和退化機(jī)理，構(gòu)建了密封壽命預(yù)測模型，通過對比某時(shí)刻給定載荷條件下的應(yīng)力與強(qiáng)度的大小進(jìn)行軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測方法，其包括如下步驟：s1：確定關(guān)鍵退化機(jī)理，分析所述軟包鋰離子電池的密封失效模式，確定關(guān)鍵退化機(jī)理和敏感應(yīng)力參數(shù)，并獲得導(dǎo)致所述軟包鋰離子電池密封失效的關(guān)鍵退化機(jī)理；所述關(guān)鍵退化機(jī)理包括老化、蠕變和電解液腐蝕，所述敏感應(yīng)力參數(shù)包括溫度、壓強(qiáng)和水含量；s2：建立考慮退化效應(yīng)的內(nèi)聚力模型，軟包鋰離子電池內(nèi)包裝薄膜的粘接界面在撕裂過程中承受撕裂力，基于所述撕裂力建立薄膜的內(nèi)聚力模型的表達(dá)式包括：

上述表達(dá)式中，p為彈塑性撕裂過程中單位寬度撕裂力，δc為臨界張開位移，用于表示粘接界面裂尖的最大張開位移，為粘接界面裂尖的粘接應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)聚力模型特征參數(shù)隨時(shí)間等比例退化時(shí)，且環(huán)境退化因子s的取值在0到1之間，獲得表達(dá)式：

s＝f(t,rh,pr,t)

式中，t為溫度，rh為水含量，pr為軟包內(nèi)部壓強(qiáng)，p(t)為t時(shí)刻的單位寬度撕裂力；

s3：確定加速退化模型，基于不同時(shí)刻的樣條最大撕裂力退化數(shù)據(jù)，建立用于加速退化試驗(yàn)的試驗(yàn)應(yīng)力選取的加速退化模型；s4：確定粘接界面的強(qiáng)度時(shí)間模型，基于初始粘接強(qiáng)度，獲得不同應(yīng)力條件下的粘接界面的強(qiáng)度時(shí)間模型；s5：確定粘接界面的應(yīng)力時(shí)間模型，對軟包鋰離子電池內(nèi)部施加恒定壓強(qiáng)，獲得粘接界面的最大應(yīng)力，根據(jù)軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，得到粘接界面的最大應(yīng)力值隨時(shí)間的變化關(guān)系，由此確定粘接界面的應(yīng)力時(shí)間模型；s6：獲得密封壽命預(yù)測，對所述粘接界面的強(qiáng)度時(shí)間模型和應(yīng)力時(shí)間模型進(jìn)行分析，獲得粘接界面的應(yīng)力和強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線，并獲得密封壽命預(yù)測的表達(dá)式：

其中，tf表示密封失效時(shí)刻，s(t)為臨界粘接應(yīng)力，為臨界粘接強(qiáng)度。

可優(yōu)選的是，所述s1中，在所述軟包鋰離子電池的全壽命周期內(nèi)選擇軟包鋰離子電池密封失效類型中發(fā)生頻率最高的失效表現(xiàn)形式作為所述關(guān)鍵失效模式以及所述關(guān)鍵失效模式的內(nèi)在物理或化學(xué)過程作為所述關(guān)鍵退化機(jī)理；選擇導(dǎo)致關(guān)鍵退化機(jī)理發(fā)生的施加載荷作為所述敏感應(yīng)力參數(shù)。

可優(yōu)選的是，所述s2中內(nèi)聚力模型的建立過程如下所述：

在撕裂過程中粘接界面處的被粘接材料反向塑性彎曲為小數(shù)值，取ω0＝0，撕裂力與所述粘接界面的夾角φ為90°，彈塑性撕裂過程滿足如下等式：

p(1-cosφ)＝γ0+γ^p

其中，p為彈塑性撕裂過程中單位寬度撕裂力，γ0為界面的粘接斷裂韌性，γ^p表示塑性耗散引起的能量釋放率的增加，由所述被粘接材料的參數(shù)可得參數(shù)γ和彎曲模量b的表達(dá)式：

式中，n為冪硬化指數(shù)，e為所述被粘接材料的楊氏模量，ν為泊松比，th為內(nèi)包裝薄膜的薄膜厚度，利用平面彈塑性基本彎曲方程，得到遠(yuǎn)端點(diǎn)及卸載點(diǎn)的彎矩和撓曲率滿足等式：

式中，σy為材料的屈服應(yīng)力，mb和κb分別為所述卸載點(diǎn)的彎矩和曲率，為理想塑性材料的極限彎矩，κ0為首次卸載后的殘余曲率，me和κe分別為彈性極限彎矩和彈性極限曲率，θtip為內(nèi)包裝薄膜脫膠時(shí)的裂尖轉(zhuǎn)角，ω0為彎曲程度系數(shù)，0≤ω0≤1，其中，κ0滿足如下等式：

結(jié)合反向彎曲的影響和上述等式(1)-(8)，可得到γ^p的關(guān)系式：

另外，裂尖的臨界張開位移與控制參數(shù)之間滿足如下關(guān)系：

其中，δc為臨界張開位移，用于表示粘接界面裂尖的最大張開位移，為粘接界面裂尖的粘接應(yīng)力；

彎矩在粘接界面的分布可表示為

其中，l為粘接界面的長度，s為在粘接界面從左向右的坐標(biāo)，在裂尖處，s＝l，

利用邊界條件，經(jīng)過推導(dǎo)得到如下方程組：

其中：

進(jìn)一步，所述s2中，所述環(huán)境退化因子通過計(jì)算在外界綜合應(yīng)力作用下一定時(shí)刻導(dǎo)致內(nèi)聚力模型參數(shù)退化值與內(nèi)聚力模型參數(shù)初始值的比值得到。

進(jìn)一步，步驟s3中所述確定加速退化模型的步驟具體包括：

s31、選擇加速應(yīng)力，將所述s1中確定的導(dǎo)致軟包鋰離子電池密封失效的敏感應(yīng)力參數(shù)作為加速應(yīng)力；

s32、選取加速退化模型，根據(jù)所述s1中確定的關(guān)鍵退化機(jī)理，確定綜合應(yīng)力加速模型為：

其中，為環(huán)境退化因子的退化速率，a0為試驗(yàn)常數(shù)，rh為電池內(nèi)部水含量，pr為壓強(qiáng)，c為活化能與玻爾茲曼常數(shù)的比值，m,n分別為壓強(qiáng)和水含量的冪律指數(shù)；

s33、獲取加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，

基于所述s32的加速模型，對軟包鋰離子電池進(jìn)行不同應(yīng)力水平下的加速退化試驗(yàn)，將經(jīng)歷不同時(shí)刻退化后的軟包鋰離子電池的封裝表面密封邊修剪成等寬度樣條，通過所述等寬度樣條的剝離試驗(yàn)測得不同時(shí)刻的樣條最大撕裂力退化數(shù)據(jù)；

s34、獲得加速退化模型的參數(shù)估計(jì)值，

基于所述不同時(shí)刻的樣條最大撕裂力退化數(shù)據(jù)，確定不同時(shí)刻的粘接界面內(nèi)聚力模型參數(shù)δc(t)，并得到不同時(shí)刻的環(huán)境退化因子的取值，擬合得到加速退化模型a0,m,n,c的參數(shù)估計(jì)值。

進(jìn)一步，所述步驟s33中，利用正交設(shè)計(jì)方法確定各應(yīng)力水平之間的組合，用于進(jìn)行所述加速退化試驗(yàn)；通過測定不同退化時(shí)刻下軟包封裝的最大剝離力進(jìn)行所述等寬度樣條的剝離試驗(yàn)。

進(jìn)一步，所述步驟s34中，利用最小二乘法對不同應(yīng)力水平條件下的環(huán)境退化因子數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到加速退化模型參數(shù)a0,m,n,c的估計(jì)值。

進(jìn)一步，所述步驟s5中，對軟包鋰離子電池整體進(jìn)行應(yīng)力仿真，得到各恒定壓強(qiáng)條件下的應(yīng)力值，其包括子步驟如下：

s51、建立軟包鋰離子電池封裝的幾何模型；

s52、將所述幾何模型導(dǎo)入到仿真模型中，將壓強(qiáng)與封裝力學(xué)性能參數(shù)化，建立軟包鋰離子電池封裝的參數(shù)模型；

s53、在仿真模型中設(shè)置封裝參數(shù)模型的網(wǎng)格和接觸選項(xiàng)，確定約束和加載方式，進(jìn)行仿真計(jì)算并提取封裝封邊處的最大應(yīng)力。

進(jìn)一步，所述步驟s5中，所述軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系用于表征不同溫度條件下軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓隨時(shí)間的變化，采用阿侖尼烏斯模型進(jìn)行擬合得到所述軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系的關(guān)系式，包括如下子步驟：

s54、使用氣壓傳感器監(jiān)測得到t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下軟包鋰離子電池在正常工作條件下不同時(shí)刻點(diǎn)的內(nèi)部氣壓值；

s55、對t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下的內(nèi)部氣壓值與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，得到：

s56、假設(shè)在相同體積下同反應(yīng)體系鋰離子電池的壓強(qiáng)增長速率a與溫度t服從阿倫尼烏斯模型，即：

將t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下的壓強(qiáng)增長速率代入上述等式，利用最小二乘擬合得到u和v的取值，由此確定軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系滿足：

pr(t)＝exp(u+v/t)+pr(0)

其中，pr(0)為初始時(shí)刻的內(nèi)部氣壓值，其滿足：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測方法針對軟包鋰離子電池的關(guān)鍵失效模式和退化機(jī)理，構(gòu)建了密封壽命預(yù)測模型，該模型基于廣義應(yīng)力強(qiáng)度理論，由應(yīng)力時(shí)間模型與強(qiáng)度時(shí)間模型兩部分構(gòu)成，其中應(yīng)力時(shí)間模型基于已有的電池內(nèi)部產(chǎn)氣方程，結(jié)合仿真方法得到了粘接界面應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系，強(qiáng)度時(shí)間模型則是基于考慮退化效應(yīng)的粘接界面內(nèi)聚力模型，結(jié)合加速退化模型，確定粘接界面強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系，建立了動態(tài)載荷條件下鋰離子電池密封壽命預(yù)測方法，考慮了鋰離子電池內(nèi)部氣壓變化對外包裝密封材料在全壽命周期內(nèi)的退化過程的影響，模擬鋰離子電池在實(shí)際使用過程中的密封性能變化趨勢，通過與內(nèi)部應(yīng)力水平對比，從而評估出鋰離子電池的密封壽命。本發(fā)明給出了一種軟包鋰離子電池密封壽命計(jì)算公式，可以理論計(jì)算不同環(huán)境條件下的軟包鋰離子電池密封壽命，工程適用性強(qiáng)?？紤]了外部動態(tài)載荷隨時(shí)間變化對封裝材料性能退化的影響，更加符合實(shí)際使用情況。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明步驟s1的軟包鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明步驟s2的軟包鋰離子電池密封失效過程示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明步驟s3的軟包裝分條安裝方式示意圖；以及

圖4是根據(jù)本發(fā)明的軟包鋰離子電池壽命預(yù)測方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

如圖1所示，本發(fā)明的軟包鋰離子電池包括電池本體1、包圍電池本體1的封裝表面2、以及位于電池本體1的電極3。在軟包鋰離子電池實(shí)際使用條件下經(jīng)常會開裂、撕開等問題，如圖1所示封裝表面2出現(xiàn)的密封失效點(diǎn)4。

如圖2所示，其中附圖標(biāo)記5表示粘接界面。建立考慮退化效應(yīng)的內(nèi)聚力模型時(shí)，隨著軟包鋰離子電池本體1的內(nèi)部氣壓的增加，軟包鋰離子電池本體1外的封裝表面2的粘接界面承受撕裂力，在撕裂過程中粘接界面5處的被粘接材料反向塑性彎曲很小，取w0＝0，撕裂力與粘接界面5的夾角θ隨著撕裂力的增加而變大。

圖3為軟包鋰離子電池本體1的軟包裝分條安裝方式示意圖，其包括第一氣動夾頭6、第二氣動夾頭7以及軟包樣條8，軟包樣條8是通過將封裝表面2的密封邊等寬度裁剪獲得。軟包樣條8在第一氣動夾頭6、第二氣動夾頭7的帶動下沿著箭頭a和箭頭b所示的拉伸方向向兩側(cè)進(jìn)行。

如圖4所示，本發(fā)明的軟包鋰離子電池的密封壽命預(yù)測方法，包括具體步驟如下：

s1：確定關(guān)鍵退化機(jī)理，

針對軟包鋰離子電池密封失效模式進(jìn)行重點(diǎn)分析與研究，找出關(guān)鍵失效模式，并進(jìn)行退化機(jī)理分析，明確敏感應(yīng)力參數(shù)，具體如下：在軟包鋰離子電池的全壽命周期內(nèi)選擇軟包鋰離子電池密封失效類型中發(fā)生頻率最高的失效表現(xiàn)形式作為關(guān)鍵失效模式以及關(guān)鍵失效模式的內(nèi)在物理或化學(xué)過程作為所述關(guān)鍵退化機(jī)理，選擇導(dǎo)致關(guān)鍵退化機(jī)理發(fā)生的施加載荷作為敏感應(yīng)力參數(shù)。根據(jù)理論分析和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，得出了軟包鋰離子電池密封失效的關(guān)鍵退化機(jī)理為老化、蠕變和電解液腐蝕，其敏感應(yīng)力參數(shù)包括溫度、壓強(qiáng)和水含量。

s2：建立考慮退化效應(yīng)的粘接界面內(nèi)聚力模型

隨著軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓的增加，軟包鋰離子電池內(nèi)包裝薄膜的粘接界面承受撕裂力，在撕裂過程中粘接界面處的被粘接材料反向塑性彎曲很小，取ω0＝0，撕裂力與所述粘接界面的夾角φ近似為90°，彈塑性撕裂過程滿足如下等式：

p(1-cosφ)＝γ0+γ^p(6)

其中，p為彈塑性撕裂過程中單位寬度撕裂力，γ^p表示塑性耗散引起的能量釋放率的增加，γ0為界面的粘接斷裂韌性，由被粘接材料的參數(shù)可得參數(shù)γ和彎曲模量b的表達(dá)式：

式中，n為冪硬化指數(shù)，e為所述被粘接材料的楊氏模量，ν為泊松比，th為內(nèi)包裝薄膜的薄膜厚度，利用平面彈塑性基本彎曲方程，得到遠(yuǎn)端點(diǎn)及卸載點(diǎn)的彎矩和撓曲率滿足等式：

式中，σy為材料的屈服應(yīng)力，mb和κb分別為所述卸載點(diǎn)的彎矩和曲率，為理想塑性材料的極限彎矩，κ0為首次卸載后的殘余曲率，me和κe分別為彈性極限彎矩和彈性極限曲率，θtip為內(nèi)包裝薄膜脫膠時(shí)的裂尖轉(zhuǎn)角，ω0為彎曲程度系數(shù)，0≤ω0≤1，其中，κ0滿足如下等式：

結(jié)合反向彎曲的影響和上述等式(1)-(8)，可得到γ^p的關(guān)系式：

另外，裂尖的臨界張開位移與兩個(gè)控制參數(shù)之間滿足如下關(guān)系：

其中，δc為臨界張開位移，用于表示粘接界面裂尖的最大張開位移，為粘接界面裂尖的粘接應(yīng)力；

彎矩在粘接界面的分布可表示為

其中l(wèi)為粘接界面的長度，s為在粘接界面從左向右的坐標(biāo)，在裂尖處，s＝l，

利用邊界條件，經(jīng)過推導(dǎo)得到如下方程組：

其中：

基于實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該種軟包鋰離子電池封裝材料參數(shù)取值如表1所示：

表1軟包鋰離子電池封裝材料屬性

將上述材料參數(shù)取值分別代入等式(7)、(8)、(9)、(10)，求得中間變量γ、b、ke和me的取值大小，基于γ和n的取值，代入等式(17)求得b的取值大小。分別將b、ke、me和b取值代入等式(1)，可得到單位寬度剝離力p(n/m)與內(nèi)聚力模型參數(shù)的取值關(guān)系如表2所示：

表2剝離力p(n/m)與內(nèi)聚力模型參數(shù)的關(guān)系表

在考慮老化、蠕變和電解液腐蝕引起的退化效應(yīng)時(shí)，可認(rèn)為各內(nèi)聚力模型參數(shù)隨時(shí)間等比例變化，最終導(dǎo)致最大剝離力發(fā)生退化。為了定量表述這種協(xié)同關(guān)系，定義環(huán)境退化因子s，環(huán)境退化因子通過計(jì)算在外界綜合應(yīng)力作用下一定時(shí)刻導(dǎo)致內(nèi)聚力模型參數(shù)退化值與內(nèi)聚力模型參數(shù)初始值的比值得到，取值在0到1之間，物理含義為環(huán)境作用導(dǎo)致內(nèi)聚力模型各參數(shù)減小的比例，得到如下表達(dá)式：

s＝f(t,rh,pr,t)(2)

式中t為溫度，rh為水含量，pr為軟包內(nèi)部壓強(qiáng)，p(t)為t時(shí)刻的最大撕裂力。

步驟s2的軟包鋰離子電池密封失效過程如圖2所示，其中5表示粘接界面。建立考慮退化效應(yīng)的內(nèi)聚力模型時(shí)，隨著軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓的增加，軟包鋰離子電池內(nèi)包裝薄膜的粘接界面承受撕裂力，在撕裂過程中粘接界面處的被粘接材料反向塑性彎曲很小，取w0＝0，撕裂力與所述粘接界面的夾角θ隨著撕裂力的增加而變大。

s3：確定加速退化模型

建立或確定加速退化模型，用于指導(dǎo)加速退化試驗(yàn)的試驗(yàn)應(yīng)力選取，其主要包括：

s31、選擇加速應(yīng)力

將所述s1中確定的導(dǎo)致軟包鋰離子電池封裝失效的敏感應(yīng)力參數(shù)作為加速應(yīng)力；

s32、選取加速模型

根據(jù)所述s1中確定的關(guān)鍵退化機(jī)理，選取綜合應(yīng)力加速退化模型：

其中，為環(huán)境退化因子的退化速率，a0為試驗(yàn)常數(shù)，rh為電池內(nèi)部水含量，pr為壓強(qiáng)，c為活化能與玻爾茲曼常數(shù)的比值，m,n分別為壓強(qiáng)和水含量的冪律指數(shù)；

s33、獲取加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

基于所述s32的加速模型，進(jìn)行恒定應(yīng)力條件下的加速退化試驗(yàn)，通過試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)應(yīng)力水平，對軟包鋰離子電池整體開展不同應(yīng)力水平下的加速退化試驗(yàn)，將經(jīng)歷不同時(shí)刻退化后的軟包封裝表面密封邊修剪成等寬度樣條，通過樣條剝離試驗(yàn)測得不同時(shí)刻的樣條最大撕裂力退化數(shù)據(jù)；

s34、加速退化模型參數(shù)的估計(jì)

基于不同時(shí)刻點(diǎn)的最大撕裂力退化數(shù)據(jù)，利用等式(1)，確定不同時(shí)刻點(diǎn)的粘接界面內(nèi)聚力模型參數(shù)δc(t)，結(jié)合等式(3)，得到不同時(shí)刻點(diǎn)的環(huán)境退化因子取值，擬合得到加速退化模型參數(shù)a0,m,n,c的估計(jì)值；

具體的，以軟包鋰離子電池整體為試驗(yàn)對象，分別制作不同水含量的電芯，放置在不同溫度水平、壓強(qiáng)條件的試驗(yàn)環(huán)境中，開展恒定加速應(yīng)力水平下的加速退化試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，每隔一段時(shí)間后抽出一定數(shù)量的電池樣本，拆下軟包表面，將其密封邊修剪成等寬度的樣條，放入拉伸試驗(yàn)機(jī)開展樣條剝離試驗(yàn)，測定剝離力的大小。軟包封裝的分條安裝方式示意圖如圖3所示。該試驗(yàn)采用專業(yè)拉伸設(shè)備進(jìn)行，選擇用位移加載方式，加載速度為0.1mm/s，加載位移為30mm。同時(shí)采用光學(xué)顯微鏡及圖像采集系統(tǒng)觀察并獲取剝離過程的局部圖像；所述的“擬合”是指利用最小二乘法，對不同應(yīng)力水平條件下的環(huán)境退化因子數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到加速退化模型參數(shù)a0,m,n,c的估計(jì)值。

基于等式(3)，可得到不同時(shí)刻的環(huán)境退化因子取值數(shù)據(jù)，利用這些不同應(yīng)力水平條件下的環(huán)境退化因子數(shù)據(jù)，利用最小二乘法擬合得到等式(4)所示的加速退化模型參數(shù)a0,m,n,c的估計(jì)值分別為：由此確定加速退化模型為：

軟包裝分條安裝方式示意圖如圖3所示，其包括第一氣動夾頭6、第二氣動夾頭7以及軟包樣條8，軟包樣條8在第一氣動夾頭6、第二氣動夾頭7的帶動下向沿著箭頭a和箭頭b所示的拉伸方向向兩側(cè)進(jìn)行。

s4：確定粘接界面強(qiáng)度時(shí)間模型，

通過計(jì)算初始粘接強(qiáng)度，結(jié)合s3中已確定的加速退化模型，得到不同應(yīng)力條件下的粘接界面強(qiáng)度時(shí)間模型。

通過實(shí)際測量數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)聚力模型，得到初始時(shí)刻的粘接強(qiáng)度為68.13mpa，由此可確定粘接界面強(qiáng)度隨時(shí)間退化的模型為：

s5：確定粘接界面的應(yīng)力時(shí)間模型

利用仿真方法對軟包鋰離子電池內(nèi)部施加恒定壓強(qiáng)，計(jì)算粘接界面的最大應(yīng)力，根據(jù)軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系，改變不同時(shí)刻下的仿真模型中施加的壓強(qiáng)值，得到粘接界面最大應(yīng)力值隨時(shí)間的變化關(guān)系，由此確定粘接界面應(yīng)力時(shí)間模型，具體的，利用仿真模型對軟包鋰離子電池整體進(jìn)行應(yīng)力仿真，得到各壓強(qiáng)條件下的應(yīng)力值，包括如下子步驟：

s51、使用三維建模軟件、優(yōu)選solidworks,ug等建立軟包鋰離子電池封裝的幾何模型；

s52、將封裝的幾何模型導(dǎo)入到仿真模型中，將壓強(qiáng)與封裝力學(xué)性能參數(shù)化，建立封裝的參數(shù)模型；

s53、在仿真模型中設(shè)置封裝參數(shù)模型的網(wǎng)格，接觸選項(xiàng)，確定約束和加載方式，進(jìn)行仿真計(jì)算并提取封邊處的最大應(yīng)力。

進(jìn)一步的，所述步驟s5中，所述軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系用于表征不同溫度條件下軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓隨時(shí)間的變化，采用阿侖尼烏斯模型進(jìn)行擬合得到所述軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系的關(guān)系式，包括如下子步驟：

s54、使用氣壓傳感器監(jiān)測得到t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下軟包鋰離子電池在正常工作條件下不同時(shí)刻點(diǎn)的內(nèi)部氣壓值；

s55、對t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下的內(nèi)部氣壓值與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行線性擬合，得到：

s56、假設(shè)在相同體積下同反應(yīng)體系鋰離子電池的壓強(qiáng)增長速率a與溫度t服從阿倫尼烏斯模型，即：

將t1、t2、t3三個(gè)溫度水平下的壓強(qiáng)增長速率代入等式(19)，利用最小二乘擬合得到u和v的取值，由此推出軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)關(guān)系滿足：

pr(t)＝exp(u+v/t)+pr(0)(20)

其中，pr(0)為初始時(shí)刻的內(nèi)部氣壓值，其假設(shè)不受溫度影響，其滿足：

本案例通過對25℃、60℃、70℃下的在正常工作條件下軟包鋰離子電池不同時(shí)刻點(diǎn)的內(nèi)部氣壓監(jiān)測值(單位為mpa)，進(jìn)行線性擬合得到：

根據(jù)等式(20)和(21)，擬合得到由此確定軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓時(shí)間函數(shù)表達(dá)式為：

pr(t)＝8.2052×10^-3+exp(18.444-3752.3/t)×10^-6·t(25)

式中，pr為軟包鋰離子電池內(nèi)部氣壓，單位為mpa，t為溫度，單位為開爾文，t為時(shí)間，單位為天。

通過建立軟包鋰離子電池整體的靜力學(xué)仿真模型，得到了應(yīng)力分布的仿真結(jié)果，根據(jù)等式(25)，改變不同時(shí)刻下的仿真模型中施加的壓強(qiáng)值，即可得到粘接界面最大應(yīng)力值隨時(shí)間變化關(guān)系，從而得到了粘接界面的應(yīng)力時(shí)間模型為：

s(t)＝30.14×[8.2052×10^-3+exp(18.444-3752.3/t)×10^-6·t]^0.72(26)

式中，s為粘接界面的最大應(yīng)力，單位為mpa，t為溫度，單位為開爾文，t為時(shí)間，單位為天。

s6：基于廣義應(yīng)力強(qiáng)度理論的密封壽命計(jì)算

對指定溫度水平和水含量條件下的應(yīng)力時(shí)間模型和強(qiáng)度時(shí)間模型進(jìn)行計(jì)算，得到粘接界面的應(yīng)力和強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線，根據(jù)廣義應(yīng)力強(qiáng)度理論，得到密封壽命表達(dá)式為：

其中，tf表示密封失效時(shí)刻，s(t)為臨界粘接應(yīng)力，為臨界粘接強(qiáng)度。

假設(shè)電芯內(nèi)部的水含量為5ppm，環(huán)境溫度分別為40℃，50℃、60℃，代入等式(23)和(26)，結(jié)合等式(5)，得到不同溫度下的密封壽命預(yù)測值如下所述，當(dāng)t＝40℃時(shí)：

當(dāng)t＝50℃時(shí)：

當(dāng)t＝60℃時(shí)：

從上面的針對環(huán)境溫度分別為40℃，50℃、60℃情況下，獲得到的不同溫度下的密封壽命預(yù)測值可以看出，隨著環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)的升高，密封壽命越來越短。

最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。