CN111723483A - 一种动力电池绿色优化设计集成系统及其集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明本公开了一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统及其集成方法，其中，集成系统包括：动力电池方案初选模块、动力电池性能分析模块、动力电池优化设计模块；动力电池方案初选模块包括：设计需求采集单元、功能模块配置单元、产品参数化设计建模单元；动力电池性能分析模块包括：电池电化学性能分析单元、成本核算单元、机械结构分析单元、传热性能分析单元、生命周期仿真单元；动力电池优化设计模块包括：优化模型生成单元、优化结果评估单元、优化方案导出单元。本发明实现动力电池绿色设计方案的生成和优选，提高产品绿色设计开发效率，保证在正向设计过程中不断提升动力电池产品的综合环境性能。
Description
技术领域
本发明属于动力电池设计技术领域，具体涉及一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统及其集成方法。
背景技术
随着电动汽车的推广和普及，上游的动力电池产业得到了迅猛的发展。虽然相对于传统的燃油车辆，电动汽车动力电池在使用过程中能够实现污染物的零排放，但是从产品的生命周期过程来看，动力电池仍然面临着严峻的生态环境问题，依然会导致大量的资源、能源消耗和潜在的环境污染，例如在原材料获取阶段，各类稀缺资源的消耗，包括了锂、钴、镍等；在生产制造阶段，消耗大量的能量，电极材料、电解质、电解质溶剂等存在潜在污染，如提升土壤的PH值，产生有毒气体和重金属污染等；在使用服役阶段，电池能量密度低、电池衰减过快、高低温电池的充放电效率低、电池故障高发等；在回收处理阶段，大批动力电池即将退役、梯度回收利用未形成规模，回收工艺流程存在二次污染等。
在动力电池设计开发阶段考虑产品的环境问题，将加剧电动汽车电池包设计的复杂性。目前，大部分动力电池制造企业采取的绿色设计策略是在产品开发后期对产品进行生命周期评价识别其主要影响因素，再根据评价结果进行改进设计，以满足相关产品环保法律法规的要求，该策略是一种被动的产品环境问题应对模式，不利于动力电池产品长期的可持续发展，其主要原因：
(1)产品环保法律法规的制定有一个从宽松到严格、从粗略到详细的过程。产品仅仅满足现有法律法规要求只是达到了当前产品市场准入的最低门槛。随着时间的推移、人们环保意识的提升和细分市场的成熟完善，更为严格法律法规要求将使得采取被动式达标策略的企业面临空前的生存压力。
(2)被动的产品环境问题应对模式潜在的增加了社会在解决产品环境问题上的总成本。一些尚未被现有法律法规所涉及的产品环境问题如果在设计研发阶段没有给予充分考虑和应对，将会增加后续使用、维护、报废和回收过程中解决该问题的投入。实践证明，在产品整个生命周期过程中，越早的解决介入产品的环境问题，越可以减少整个社会在解决产品环境问题上的总投入。
(3)被动式的针对动力电池环境性能表现进行后期改进可能会对产品性能、成本等方面产生意想不到的负面影响，出现顾头不顾尾的现象。由于动力电池开发是一项极为复杂的系统工程任务，需要同时考虑质量、散热、安全性、成本等多维设计因素，后期对产品环境性能进行提升可能削弱产品的使用性、经济性、安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统及其集成方法，以期能在产品正向设计开发过程中系统性的考虑产品全生命周期的环境影响问题，通过实现动力电池绿色设计方案的生成和优选，提高产品绿色设计开发效率，不断提升动力电池产品的综合环境性能，以解决背景技术中所提出的缺陷或问题。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统，其特征在于，包括动力电池方案初选模块、动力电池性能分析模块和动力电池优化设计模块；
所述动力电池方案初选模块包括设计需求分析单元、功能模块配置单元和产品参数化设计建模单元；其中，所述设计需求分析单元用于根据电动汽车使用场景需要，采集、分析和确定动力电池的各种基本设计要求，包括总体尺寸、储能量、重量、安全性、寿命；所述功能模块配置单元用于确定满足动力电池的基本设计要求的总体概念设计方案，确定电芯、模组和电池包的封装形式，热管理方式和电池充放电实现方式；所述产品参数化设计建模单元用于建立参数化的动力电池三维实体和对应的产品信息模型；
所述动力电池性能分析模块包括电池电化学性能分析单元、成本核算单元、机械结构分析单元、传热性能分析单元和生命周期仿真单元；其中，所述电池电化学性能分析单元用于分析动力电池在典型充放电模式下的电学性能表现；所述成本核算单元用于分析特定动力电池设计方案的生命周期成本，包括研发成本、生产制造成本、使用维护成本和回收处理成本；所述机械结构分析单元用于分析动力电池结构件在使用条件下的刚度、强度基本力学参数；所述传热性能分析单元用于分析动力电池在使用过程中电池包的温度场变化；所述生命周期仿真单元用于建立动力电池在典型使用场景下的生命周期清单，并基于生命周期清单定量计算动力电池的各类环境影响；
所述动力电池优化设计模块包括优化模型求解单元、优化结果评估单元和优化方案导出单元；其中，所述优化模型求解单元用于确定动力电池包的优化设计三要素，包括优化设计变量、约束方程和目标函数，并选用合适的优化求解算法进行求解计算；所述优化结果评估单元用于对多个候选方案的评估和比较；所述优化方案导出单元用于导出最终动力电池设计方案的二维设计图纸、工艺文件、BOM清单。
进一步的，所述集成系统与外部数据库实现数据交互，从外部数据库提取所需信息且将所得信息存储至数据库内；所述外部数据库包括基础工业数据库、产品建模数据库、清单模型数据库、性能分析数据库和优化设计数据化，在交互过程中，所述集成系统从相互数据库提取信息并将所得到的数据存储至相应的数据库。
本发明的实施例还公开一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，其特征在于，包括以下过程：
S1、在动力电池方案初选模块中，分析所设计动力电池的车辆使用场景，生成基本的动力电池设计要求，并根据要求，确定概念设计方案，进而建立参数化的动力电池三维实体和信息模型；
S2、针对所设计动力电池的性能指标，包括电学指标、热学指标、机械力学指标、成本，将已建立的产品三维实体和信息模型的参数与动力电池性能分析模块中的动力电池特征性能指标相关联，利用具体的性能分析单元计算动力电池具体设计方案的特征性能指标；
S3、通过对动力电池的生命周期过程分析，建立动力电池的“过程-流”模型，将各个过程的输入输出原料流、能量流和废物流与动力电池的基本设计参数和加工过程参数相关联，通过不同“过程-流”模型间相同输入、输出“流对象”的连接，形成动力电池参数化生命周期清单模块；
S4、选取典型的环境影响评价体系，基于动力电池生命周期清单，获得所要的动力电池环境影响指标值；
S5、利用生命周期评价方法，计算现有参考产品或对标产品的环境影响值，作为动力电池绿色优化设计的基本参考，即动力电池的环境影响优化要以现有产品的环境影响值作为基准；
S6、确定动力电池优化设计的优化目标以及约束方程，并识别出与优化目标以及约束方程相关的独立设计参数，选取相应的设计变量并确定相应的设计空间；
S7、根据优化模型的优化问题特征，选取相应的求解算法，获取相应的优化备选方案；若优化模型无解，依据实际产品研发情况，调整优化模型，重新进行步骤S6，或调整总体概念设计方案，重新进行步骤S1；
S8、比较备选方案的综合表现，确定最终的设计方案，并导出相应的产品设计技术文档，包括二维设计图纸、工艺文件、BOM清单。
上述的，所述步骤S1具体包括以下过程：
S1-1、对所设计动力电池的需求进行采集分析，建立相对独立的动力电池设计子需求模块；
S1-2、针对动力电池设计的子需求模块，检索相应的产品历史数据库和资料数据库，对满足子需求模块的“功能-结构”实例进行匹配，对无法与现有“功能-结构”实例匹配的子需求模块进行重新设计；
S1-3、考虑不同子需求模块间的关联性和协调性，基于筛选出的“功能-结构”实例单元，配置出动力电池的总体概念设计方案；
S1-4、基于现有的三维建模软件Pro/e，建立动力电池产品的三维模型，并完成设计模型的参数化，获得参数化的动力电池三维实体，并建立产品信息模型，当调整部分设计参数时，产品三维实体和信息模型可以相应的更新。
上述的，所述步骤S3中获得动力电池的参数化生命周期清单模块的过程如下：
S3-1、将动力电池的生命周期过程分解为电池的生产制造阶段、使用阶段和末端回收处理三个阶段，分析动力电池各个阶段涉及的具体过程，规划建立一系列的动力电池产品生命周期“过程-流”模型，并进一步生成参数化的生命周期清单模块；
S3-2、分析动力电池产品特定生命周期过程中的物料流、能量流和废物流，利用提出的“流类”建立特定的“流对象”；
S3-3、利用提出的“过程类”，在建立“流对象”的基础上，建立动力电池产品特定生命周期过程的“过程对象”；
S3-4、基于“参数类”，利用动力电池信息模型中的基本设计参数和加工过程参数定量化“过程对象”中“流对象”的量值，实现对“过程对象”的参数化；
S3-5、考虑到不同“过程对象”间存在“流对象”的关联性，即某一“过程对象”的输出“流对象”为另一“过程对象”的输入“流对象”，可以利用这样的“流对象”将“过程对象”关联成一个整体，进而获得动力电池三个生命周期阶段的参数化生命周期清单模块。
上述的，所述步骤S6中优化模型的获得方法具体如下：
S6-1、基于已经获得的动力电池绿色优化设计的环境影响值，考虑以各环境影响指标总体加权最小值作为优化目标，以各单一环境影响指标参考值作为约束方程，保证优化设计在不弱化任意单一环境影响指标的前提下，提升动力电池总体的综合环境表现；
S6-2、考虑到材料替换、结构尺寸、加工约束、成本控制、重量、使用性能多方面的因素，有针对性地对动力电池部分指标或设计参数进行设计约束；
S6-3、选取对优化目标和约束方程量值产生较大影响的设计参数作为优化设计变量，且被选择的设计变量在产品信息模型中为自变量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明将产品参数化设计、性能分析与优化求解进行了集成：传统设计中三个环节相对独立，通过设计信息关联与传导机制，实现了三个环节的一体化；首先从动力电池方案初选模块中获取产品参数化设计数据，将这些数据与动力电池性能分析模块中的具体单元相关联，并在所输入数据的基础上分析计算性能响应，将这些性能响应作为动力电池优化设计模块动力电池设计优化的考虑因素，通过动力电池优化设计模块反向调整动力电池方案初选模块中产品参数化设计的部分参数，从而可以通过迭代的方式寻找设计更优解。
2、本发明将环境影响定化计算与参数优化设计相结合：利用生命周期过程仿真方法，建立定量计算动力电池产品方案的环境影响参数化清单模块，并利用参数化生命周期清单生成动力电池参数优化设计的目标函数或者约束方程，从而将产品环境性能优化引入到现有产品设计研发中，最终通过参数优化设计的方式协调囊括环境性能在内的产品多维性能表现。
3、本发明采用了模块化、参数化的生命周期清单模块：利用模块化的“过程-流”模型对动力电池方案生命周期过程中的物料流、能量流和废物流进行分析，并通过公式推导、数据拟合的方式，将产品设计参数、工艺过程参数引入到生命周期清单物料流、能量流和废物流的计算中，从而为快速建立不同设计方案的动力电池生命周期清单提供了技术方案，改善产品生命周期清单分析建模的效率。
附图说明
图1为本发明的实施例中系统模块化设计总体结构图；
图2为本发明的实施例中系统运行流程图；
图3为本发明的实施例中产品设计信息模型图；
图4为本发明的实施例中生命周期清单对象描述图；
图5为本发明的实施例中产品潜在环境计算和优化迭代架构图；
图6为本发明的实施例中动力电池包正极涂布及烘干工艺过程的“过程-流”模型效果呈现图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统，包括动力电池方案初选模块、动力电池性能分析模块和动力电池优化设计模块。所述集成系统与外部数据库实现数据交互，从外部数据库提取所需信息且将所得信息存储至数据库内；所述外部数据库包括基础工业数据库、产品建模数据库、清单模型数据库、性能分析数据库和优化设计数据化，在交互过程中，所述集成系统从相互数据库提取信息并将所得到的数据存储至相应的数据库。
所述动力电池方案初选模块包括设计需求分析单元、功能模块配置单元和产品参数化设计建模单元；其中，所述设计需求分析单元用于根据电动汽车使用场景需要，采集、分析和确定动力电池的各种基本设计要求，包括总体尺寸、储能量、重量、安全性、寿命；所述功能模块配置单元用于确定满足动力电池的基本设计要求的总体概念设计方案，确定电芯、模组和电池包的封装形式，热管理方式和电池充放电实现方式；所述产品参数化设计建模单元用于建立参数化的动力电池三维实体和对应的产品信息模型。
所述动力电池性能分析模块包括电池电化学性能分析单元、成本核算单元、机械结构分析单元、传热性能分析单元和生命周期仿真单元；其中，所述电池电化学性能分析单元用于分析动力电池在典型充放电模式下的电学性能表现；所述成本核算单元用于分析特定动力电池设计方案的生命周期成本，包括研发成本、生产制造成本、使用维护成本和回收处理成本；所述机械结构分析单元用于分析动力电池结构件在使用条件下的刚度、强度基本力学参数；所述传热性能分析单元用于分析动力电池在使用过程中电池包的温度场变化；所述生命周期仿真单元用于建立动力电池在典型使用场景下的生命周期清单，并基于生命周期清单定量计算动力电池的各类环境影响。
所述动力电池优化设计模块包括优化模型求解单元、优化结果评估单元和优化方案导出单元；其中，所述优化模型求解单元用于确定动力电池包的优化设计三要素，包括优化设计变量、约束方程和目标函数，并选用合适的优化求解算法进行求解计算；所述优化结果评估单元用于对多个候选方案的评估和比较；所述优化方案导出单元用于导出最终动力电池设计方案的二维设计图纸、工艺文件、BOM清单。
一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，如图2所示，包括以下过程：
S1、在动力电池方案初选模块中，分析所设计动力电池的车辆使用场景，生成基本的动力电池设计要求，并根据要求，确定概念设计方案，进而建立参数化的动力电池三维实体和信息模型；具体的说，动力电池初选参数化方案按照如下过程获得：
S1-1、对所设计动力电池的需求进行采集分析，建立相对独立的动力电池设计子需求模块。
S1-2、针对动力电池设计的子需求模块，检索相应的产品历史数据库和资料数据库，对满足子需求模块的“功能-结构”实例进行匹配，对无法与现有“功能-结构”实例匹配的子需求模块进行重新设计。
S1-3、考虑不同子需求模块间的关联性和协调性，基于筛选出的“功能-结构”实例单元，配置出动力电池的总体概念设计方案。
S1-4、基于现有的三维建模软件Pro/e，建立动力电池产品的三维模型，并完成设计模型的参数化，获得参数化的动力电池三维实体，并建立如图3所示的产品信息模型，当调整部分设计参数时，产品三维实体和信息模型可以相应的更新。
S2、针对所设计动力电池的性能指标，包括电学指标、热学指标、机械力学指标、成本，将已建立的产品三维实体和信息模型的参数与动力电池性能分析模块中的动力电池特征性能指标相关联，利用具体的性能分析单元计算动力电池具体设计方案的特征性能指标。
S3、通过对动力电池的生命周期过程分析，建立动力电池的“过程-流”模型，将各个过程的输入输出原料流、能量流和废物流与动力电池的基本设计参数和加工过程参数相关联，通过不同“过程-流”模型间相同输入、输出“流对象”的连接，形成动力电池参数化生命周期清单模块。具体的说，动力电池的生命周期“过程-流”模型对象的数据结构描述，如图4所示，并按照如下过程获得动力电池的参数化生命周期清单模块：
S3-1、将动力电池的生命周期过程分解为电池的生产制造阶段、使用阶段和末端回收处理三个阶段，分析动力电池各个阶段涉及的具体过程，规划建立一系列的动力电池产品生命周期“过程-流”模型，并进一步生成参数化的生命周期清单模块。
S3-2、分析动力电池产品特定生命周期过程中的物料流、能量流和废物流，利用提出的“流类”建立特定的“流对象”(各类输入、输出流)。
S3-3、利用提出的“过程类”，在建立“流对象”的基础上，建立动力电池产品特定生命周期过程的“过程对象”。
S3-4、基于“参数类”，利用动力电池信息模型中的基本设计参数和加工过程参数定量化“过程对象”中“流对象”的量值，实现对“过程对象”的参数化。
S3-5、考虑到不同“过程对象”间存在“流对象”的关联性，即某一“过程对象”的输出“流对象”为另一“过程对象”的输入“流对象”，可以利用这样的“流对象”将“过程对象”关联成一个整体，进而获得动力电池三个生命周期阶段的参数化生命周期清单模块。
S4、选取典型的环境影响评价体系，如CML2001，ReCiPe等，通过特征化、标准化、加权等方式，基于动力电池生命周期清单，获得所要的动力电池环境影响指标值，所设计动力电池产品潜在环境影响计算和优化迭代的架构，如图5所示。
S5、利用生命周期评价方法，计算现有参考产品或对标产品的环境影响值，作为动力电池绿色优化设计的基本参考，即动力电池的环境影响优化要以现有产品的环境影响值作为基准。
S6、确定动力电池优化设计的优化目标以及约束方程，并识别出与优化目标以及约束方程相关的独立设计参数，选取相应的设计变量并确定相应的设计空间(变量变化范围)，具体的说，优化模型按照如下过程获得：
S6-1、基于已经获得的动力电池绿色优化设计的环境影响值，考虑以各环境影响指标总体加权最小值作为优化目标，以各单一环境影响指标参考值作为约束方程，保证优化设计在不弱化任意单一环境影响指标的前提下，提升动力电池总体的综合环境表现。
S6-2、考虑到材料替换、结构尺寸、加工约束、成本控制、重量、使用性能等多方面的因素，有针对性地对动力电池部分指标或设计参数进行设计约束。
S6-3、选取对优化目标和约束方程量值产生较大影响的设计参数作为优化设计变量，且被选择的设计变量在产品信息模型中为自变量，不会被下层的设计参数所影响或决定。
S7、根据优化模型的优化问题特征，如单目标多约束问题，选取相应的求解算法，获取相应的优化备选方案；若优化模型无解，依据实际产品研发情况，调整优化模型(转到步骤S6，调整优化模型)或总体设计方案(转到步骤S1，重新调整总体设计方案)。
S8、比较备选方案的综合表现，确定最终的设计方案，并导出相应的产品设计技术文档，包括二维设计图纸、工艺文件、BOM清单等。
在更进一步的实施例中，本发明利用提出的系统和方法以设计了一款纯电动汽车动力电池包为实施例。实施例的基本设计要求如下：动力电池包的额定功率为120kW，车辆的单次充电行驶里程不少于对标产品计算值。同时，电池包总体尺寸要符合相应车型要求。此外，对动力电池包环境表现要求如下：在各个单一特征化环境影响方面潜在影响值小于对标产品计算值，且使得动力电池的总体加权环境潜在影响值最小。其主要实施过程如下：
1、在动力电池方案初选模块中，分析所设计动力电池的车辆使用场景，确定以城市部署纯电动出租车为动力电池包的使用场景，选取5座中型纯电动车为目标车型，实例中以Nissan Leaf车辆参数进行计算分析。
考虑到动力电池包必须具备的四个子功能：存储电能(正负极多孔电极、隔膜、电解液、正负极集流体、电芯包装及附件、电池模块包装及附件)、管控电池工作状态(电池管理系统)、调节电池内部温度(热管理系统)、固定并保护电池包(电池组包装及附件)，经过定性分析比较，初步确定概念设计方案为正极采用镍钴锰酸锂(NMC)、负极采用石墨材料、隔膜为PP/PE/PP三层复合膜、电解液为碳酸酯类溶剂、正极集流体为铝箔、负极集流体为铜箔、电芯包装结构为极耳异侧布局的软包封装结构，采用液冷系统进行热管理、电池组采用三层复合材料进行包装。在此概念设计方案基础上，建立所设计动力电池的参数化三维实体和产品信息模型。
2、在动力电池性能分析模块中，考虑动力电池的环境影响的参数化计算问题。通过对动力电池的生命周期过程分析，建立的动力电池一系列的“过程-流”模型，首次建立的“过程-流”模型可以高效地在后续使用中进行局部调整和重用。图6中给出了动力电池包正极涂布及烘干工艺过程的“过程-流”模型的效果呈现图。其中，“过程-流”模型的输入输出原料流、能量流和废物流与动力电池的基本设计参数(来源于产品信息模型)和加工过程参数相关联。
3、在动力电池优化设计模块中，建立相应的优化设计模型。实施例中选取CML2001环境影响评价体系2016年1月版特征化指标E1～E11，分别为E1：非生物资源(元素)损耗(ADPelements)、E2：非生物资源(化石)损耗(ADPfossil)、E3：酸化潜势(AP)、E4：富营养化潜势(EP)、E5：淡水水生生态毒性潜势(FAETP)、E6：全球变暖潜势(GWP)、E7：人体毒性潜势(HTP)、E8：海洋水生生态毒性潜势(MAETP)、E9：臭氧层消耗潜势(ODP)、E10：光化学臭氧生成潜势(POCP)、E11：陆地生态毒性潜势(TETP)。该系列环境特征化指标对应的国际标准化因子w1～w11分别为3.61×108kg Sb-eq、3.8×1014MJ、2.39×1011kg SO2-eq、1.58×1011kgPhosphate-eq、2.36×1012kg DCB-eq、4.22×1013kg CO2-eq、2.58×1012kg DCB-eq、1.95×1014kg DCB-eq、2.27×108kg R11-eq、3.68×1010kg Ethene-eq、1.09×1012kg DCB-eq。考虑到评价过程对不同类别环境影响的重要性相同，采用的加权系数a1～a11均为1/11。
所选取对标产品的11个环境特征化指标值gE1～gE11分别计算为2.96×103kg Sb-eq、3.32×105MJ、7.80×102kg SO2-eq、5.55×101kg Phosphate-eq、1.99×104kg DCB-eq、4.11×104kg CO2-eq、4.46×104kg DCB-eq、3.52×107kgDCB-eq、5.30×103kg R11-eq、1.05×101kg Ethene-eq、7.30×101kg DCB-eq，并用其构造动力电池绿色优化设计环境影响方面的约束方程。而且，对标产品的加权环境影响总值为
此外，动力电池包在NEDC循环测试工况下的单次充电行驶里程不少于现有对比产品计算值216km。同时，保证电池包总体长度Lpack、宽Wpack、高Hpack分别不大于1500mm、1200mm、180mm。进一步考虑到软包电池铝塑膜最大冲压深度，电芯的最大厚度为12mm。
在具体实施例中中选取了8个独立设计变量，分别为正极多孔电极的长度
宽度
厚度
电芯内正电极的层数
模组中电芯的并联数
串联数
电池包中模组布置的行数
和列数
记为
且设计变量的取值范围如下：
则该动力电池包绿色优化设计的总体优化模型如下：
所建立的优化模型是单目标多约束优化问题，选用遗传算法求解，获得最终设计方案。将方案1(不考虑环境影响的经验取值方案)和方案2(采用本集成方法的优化求解方案)进行对比，结果如下表1。
表1经验取值方案与优化求解方案的对比情况
由上表1的分析结果可知，方案1和方案2都能满足基本设计要求。但由于方案1不量化的计算动力电池包环境影响问题，虽然加权环境影响总值相对于对标值减少了14％，但是在富营养化潜势(EP)、陆地生态毒性潜势(TETP)两个特征化环境影响方面超过了对标值。而方案2加权环境影响总值相对于对标值减少了27％，且在11个特征化环境影响方面均低于对标值。通过表1的对比说明了所提出集成系统及其集成方法的有效性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统，其特征在于，包括动力电池方案初选模块、动力电池性能分析模块和动力电池优化设计模块；
所述动力电池方案初选模块包括设计需求分析单元、功能模块配置单元和产品参数化设计建模单元；其中，所述设计需求分析单元用于根据电动汽车使用场景需要，采集、分析和确定动力电池的各种基本设计要求，包括总体尺寸、储能量、重量、安全性、寿命；所述功能模块配置单元用于确定满足动力电池的基本设计要求的总体概念设计方案，确定电芯、模组和电池包的封装形式，热管理方式和电池充放电实现方式；所述产品参数化设计建模单元用于建立参数化的动力电池三维实体和对应的产品信息模型；
所述动力电池性能分析模块包括电池电化学性能分析单元、成本核算单元、机械结构分析单元、传热性能分析单元和生命周期仿真单元；其中，所述电池电化学性能分析单元用于分析动力电池在典型充放电模式下的电学性能表现；所述成本核算单元用于分析特定动力电池设计方案的生命周期成本，包括研发成本、生产制造成本、使用维护成本和回收处理成本；所述机械结构分析单元用于分析动力电池结构件在使用条件下的刚度、强度基本力学参数；所述传热性能分析单元用于分析动力电池在使用过程中电池包的温度场变化；所述生命周期仿真单元用于建立动力电池在典型使用场景下的生命周期清单，并基于生命周期清单定量计算动力电池的各类环境影响；
所述动力电池优化设计模块包括优化模型求解单元、优化结果评估单元和优化方案导出单元；其中，所述优化模型求解单元用于确定动力电池包的优化设计三要素，包括优化设计变量、约束方程和目标函数，并选用合适的优化求解算法进行求解计算；所述优化结果评估单元用于对多个候选方案的评估和比较；所述优化方案导出单元用于导出最终动力电池设计方案的二维设计图纸、工艺文件、BOM清单。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成系统，其特征在于，所述集成系统与外部数据库实现数据交互，从外部数据库提取所需信息且将所得信息存储至数据库内；所述外部数据库包括基础工业数据库、产品建模数据库、清单模型数据库、性能分析数据库和优化设计数据化，在交互过程中，所述集成系统从相互数据库提取信息并将所得到的数据存储至相应的数据库。
3.一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，其特征在于，包括以下过程：
S1、在动力电池方案初选模块中，分析所设计动力电池的车辆使用场景，生成基本的动力电池设计要求，并根据要求，确定概念设计方案，进而建立参数化的动力电池三维实体和信息模型；
S2、针对所设计动力电池的性能指标，包括电学指标、热学指标、机械力学指标、成本，将已建立的产品三维实体和信息模型的参数与动力电池性能分析模块中的动力电池特征性能指标相关联，利用具体的性能分析单元计算动力电池具体设计方案的特征性能指标；
S3、通过对动力电池的生命周期过程分析，建立动力电池的“过程-流”模型，将各个过程的输入输出原料流、能量流和废物流与动力电池的基本设计参数和加工过程参数相关联，通过不同“过程-流”模型间相同输入、输出“流对象”的连接，形成动力电池参数化生命周期清单模块；
S4、选取典型的环境影响评价体系，基于动力电池生命周期清单，获得所要的动力电池环境影响指标值；
S5、利用生命周期评价方法，计算现有参考产品或对标产品的环境影响值，作为动力电池绿色优化设计的基本参考，即动力电池的环境影响优化要以现有产品的环境影响值作为基准；
S6、确定动力电池优化设计的优化目标以及约束方程，并识别出与优化目标以及约束方程相关的独立设计参数，选取相应的设计变量并确定相应的设计空间；
S7、根据优化模型的优化问题特征，选取相应的求解算法，获取相应的优化备选方案；若优化模型无解，依据实际产品研发情况，调整优化模型，重新进行步骤S6，或调整总体概念设计方案，重新进行步骤S1；
S8、比较备选方案的综合表现，确定最终的设计方案，并导出相应的产品设计技术文档，包括二维设计图纸、工艺文件、BOM清单。
4.根据权利要求3所述的一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下过程：
S1-1、对所设计动力电池的需求进行采集分析，建立相对独立的动力电池设计子需求模块；
S1-2、针对动力电池设计的子需求模块，检索相应的产品历史数据库和资料数据库，对满足子需求模块的“功能-结构”实例进行匹配，对无法与现有“功能-结构”实例匹配的子需求模块进行重新设计；
S1-3、考虑不同子需求模块间的关联性和协调性，基于筛选出的“功能-结构”实例单元，配置出动力电池的总体概念设计方案；
S1-4、基于现有的三维建模软件Pro/e，建立动力电池产品的三维模型，并完成设计模型的参数化，获得参数化的动力电池三维实体，并建立产品信息模型，当调整部分设计参数时，产品三维实体和信息模型可以相应的更新。
5.根据权利要求3所述的一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，其特征在于，所述步骤S3中获得动力电池的参数化生命周期清单模块的过程如下：
S3-1、将动力电池的生命周期过程分解为电池的生产制造阶段、使用阶段和末端回收处理三个阶段，分析动力电池各个阶段涉及的具体过程，规划建立一系列的动力电池产品生命周期“过程-流”模型，并进一步生成参数化的生命周期清单模块；
S3-2、分析动力电池产品特定生命周期过程中的物料流、能量流和废物流，利用提出的“流类”建立特定的“流对象”；
S3-3、利用提出的“过程类”，在建立“流对象”的基础上，建立动力电池产品特定生命周期过程的“过程对象”；
S3-4、基于“参数类”，利用动力电池信息模型中的基本设计参数和加工过程参数定量化“过程对象”中“流对象”的量值，实现对“过程对象”的参数化；
S3-5、考虑到不同“过程对象”间存在“流对象”的关联性，即某一“过程对象”的输出“流对象”为另一“过程对象”的输入“流对象”，可以利用这样的“流对象”将“过程对象”关联成一个整体，进而获得动力电池三个生命周期阶段的参数化生命周期清单模块。
6.根据权利要求3所述的一种基于参数化建模仿真的动力电池绿色优化设计集成方法，其特征在于，所述步骤S6中优化模型的获得方法具体如下：
S6-1、基于已经获得的动力电池绿色优化设计的环境影响值，考虑以各环境影响指标总体加权最小值作为优化目标，以各单一环境影响指标参考值作为约束方程，保证优化设计在不弱化任意单一环境影响指标的前提下，提升动力电池总体的综合环境表现；
S6-2、考虑到材料替换、结构尺寸、加工约束、成本控制、重量、使用性能多方面的因素，有针对性地对动力电池部分指标或设计参数进行设计约束；
S6-3、选取对优化目标和约束方程量值产生较大影响的设计参数作为优化设计变量，且被选择的设计变量在产品信息模型中为自变量。
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