CN115062474A - 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质 - Google Patents

一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN115062474A
CN115062474A CN202210689873.2A CN202210689873A CN115062474A CN 115062474 A CN115062474 A CN 115062474A CN 202210689873 A CN202210689873 A CN 202210689873A CN 115062474 A CN115062474 A CN 115062474A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium battery
charging
field
value
discharging process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210689873.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115062474B (zh
Inventor
顾单飞
江铭臣
丁鹏
吴炜坤
宋佩
赵恩海
严晓
陈晓华
陈思元
郝平超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai MS Energy Storage Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai MS Energy Storage Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai MS Energy Storage Technology Co Ltd filed Critical Shanghai MS Energy Storage Technology Co Ltd
Priority to CN202210689873.2A priority Critical patent/CN115062474B/zh
Publication of CN115062474A publication Critical patent/CN115062474A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115062474B publication Critical patent/CN115062474B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/13—Differential equations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明属于锂电池领域，公开了一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质，工况仿真方法包括将简化电化学模型在时域上的控制方程变换时域上的无穷级数解析解，无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；对无穷级数解析解进行求解，得到控制方程的数值解，数值解为充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；根据数值解和简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对锂电池的充放电过程进行模拟仿真。本发明采用简化电化学模型进行仿真，可以不通过迭代解耦而是通过解析解代值的方式去求得锂电池的物理化学参数，大大节省算力，且仿真过程并未简化物化控制条件，求解精度高。

Description

一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质
技术领域
本发明涉及锂电池领域，进一步地涉及一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质。
背景技术
太阳能、潮汐能、风能、水能等是一种清洁的可持续利用能源，但能源产生的介质可控性相对不是很强。而锂离子电池是目前新一代二次电池、其具有较高的能量密度和循环寿命，被广泛应用于移动通信、数码科技、电动汽车、能源存储等领域，未来对锂离子电池及其材料的需求难以估量、其配套的上下游产业链也市场巨大，使得对于锂电池剩余寿命预测这方面的研究成为了一项研究热点。
目前锂电池的模型仿真主要有：集总粒子模型(Lumped Particle Model, LPM)、单粒子模型(Single Particle Model，SPM)、伪二维模型(Pseudo 2 Dimension Model,P2D)、热耦合模型、力耦合模型、力热耦合模型、多维维度边缘效应模型、宏观温度模型等。
其中，LPM、SPM和宏观温度模型等只涉及单相、单物理场或物理场弱耦合的电化学模型被称为简单电化学模型。在简单电化学模型中往往只有一个或多个互相不关联或若耦合的控制偏微分方程组成。
目前电化学模型大多使用有限差分法、有限元法、有限体积法、拟合函数法、简化物化控制条件的方法来进行电化学模型的仿真。使用有限差分法、有限元法、有限体积法的离散迭代解法对计算端的算力要求高，且计算慢，无法进行高通量多电池的电化学计算。而使用拟合函数法、简化物化控制条件的方法由于其本身只是控制方程的近似解或简化解，求出的结果精度不高，会对实际的应用带来累计误差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于解决现有对电化学模型仿真时，计算速度慢，仿真结果精度不高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种锂电池的工况仿真方法，包括：
将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
在一些实施方式中，所述将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解具体包括
将所述控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解。
在一些实施方式中，所述对所述无穷级数解析解进行求解，得到所述控制方程的数值解具体包括：
根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时空坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
在一些实施方式中，所述根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真具体包括：
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
在一些实施方式中，所述锂电池的工况仿真方法采用边缘计算器进行计算；
所述边缘计算器定时向云端传送所述锂电池的模拟仿真结果，使云端对所述模拟仿真结果进行备份，并对异常数据进行监控预警。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种锂电池的工况仿真系统，包括：
转换模块，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
计算模块，用于对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
处理模块，用于根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
在一些实施方式中，所述转换模块包括：
第一转换单元，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
第二转换单元，用于对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解。
在一些实施方式中，所述计算模块包括：
级数确定单元，用于根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
计算单元，用于根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时间和空间坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
在一些实施方式中，所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，实现上述任一实施方式所述的锂电池的工况仿真方法所执行的操作。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述任一实施方式所述的锂电池的工况仿真方法所执行的操作。
与现有技术相比，本发明所提供的锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质具有以下技术效果：
(1)本发明采用简化电化学模型进行模型仿真，模型中的控制方程之间的耦合性弱，计算时可以不用通过迭代解耦，而是通过解析解代值的方式去求得任意时刻任意位置的物理化学参数，大大节省算力，提高计算速度，此外，本发明的仿真过程并未简化物化控制条件，使得求解精度高，仿真效果好。
(2)使用拉普拉斯变换对简化电化学模型的简单工况提供了级数解析解，可以大大提高简化电化学模型在简单工况下的仿真速度。
(3)锂电池的工况仿真方法放至边缘计算芯片中进行仿真，单芯片可以实现并行计算，据此实现高通量的仿真，可以实现以万倍计的仿真速度提升。
(4)将原本在PC或服务器端的计算移至边缘端可以大大降低算力成本，且模块化边云两端分工运行，易于维护。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种锂电池的工况仿真方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明一种锂电池的工况仿真方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明的锂电池的工况仿真方法在边缘计算器的应用示意图；
图4是本发明一种锂电池的工况仿真系统的结构示意框图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本发明。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的锂电池的工况仿真方法的示流程图，该方法包括：
S100将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
具体的，本发明采用LPM、SPM、宏观温度模型等只涉及单相或单物理场或物理场弱耦合的简化电化学模型来对锂电池的充放电工况进行模拟仿真。简化电化学模型包括在时域上的控制方程，将简化电化学模型在时域上的控制方程转换为时域上的无穷级数解析解。
解析解是指包含公式、三角函数、指数、对数、无线级数等基本函数的解的形式。给出解的具体函数形式，从解的表达式中就可以算出任何对应值，解析解为一封闭形式的函数，对任一独立变量，皆可将其带入解析函数求得正确的相依变量。因此，解析解也称为闭式解，解析解本质上就是函数的解析式，是函数方程的精确解，能在任意精度下满足函数方程。本发明中，此步骤得到的无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化，也即描述的是电场与时间、位置的关系，浓度场与时间、位置的关系，温度场与时间、位置的关系。
S200对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
具体的，得到无穷级数解析解后，即可将变量带入无穷级数解析解，求解各控制方程的数值解。
例如，无穷级数解析解为浓度场中的固相浓度与时间和电池不同位置的关系的函数时，带入变量时间和位置(空间坐标)的值，即可得到锂电池在某一时刻某一位置的固相浓度，得到的固相浓度的值即为控制方程的数值解。
S300根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
具体的，由于简化电化学模型各控制方程之间是无耦合或弱耦合的，故可以通过数值解逐步的按照简化电化学模型的其它预设关系解出其它参数的值，进而对整个电化学物化过程进行模拟仿真。
例如，得到浓度场的固相浓度后，即可根据固相浓度与电场中电压的关系得到电压值，然后根据电压值得到热量值。
本发明采用简化电化学模型进行模型仿真，模型中的控制方程之间的耦合性弱，计算时可以不用通过迭代解耦，而是通过解析解代值的方式去求得任意时刻任意位置的物理化学参数，大大节省算力，提高计算速度，此外，本发明的仿真过程并未简化物化控制条件，使得求解精度高，仿真效果好。
请参阅图2，图2示出了本发明实施例提供的锂电池的工况仿真方法的另一示意性流程图，该方法包括：
S110将所述控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
S120对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解；
S200对所述无穷级数解析解进行求解，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
S300根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
具体的，本发明可以通过拉普拉斯变换将简化电化学模型中的偏微分方程和边值方程进行转换变成复平面的常微分方程，于是问题简化为通过求解常微分方程的复平面解后再通过逆拉式变化转换得到时域上的无穷级数形式的解析解。
示例性的，简化电化学模型的控制方程(偏微分方程和边值方程)为：
Figure BDA0003701209280000091
进行拉普拉斯变换得到频域上的常微分方程和边值方程为：
Figure BDA0003701209280000092
对常微分方程和边值方程进行求解，得到频域解为：
Figure BDA0003701209280000093
Figure BDA0003701209280000094
其中，
Figure BDA0003701209280000095
为v的频域表述；
查表或反拉氏变换得到无穷级数解析解为：
Figure BDA0003701209280000096
上述公式推导为固相传质公式的变换，其中，x为空间坐标；v为在l处的温度值；t为时间；k为导热系数，erfc为高斯误差函数；0和l分别代表域的两个端点。
将时间和空间坐标带入上述无穷级数解析解，即可得到锂电池在某一时刻某一位置的固相浓度，该固相浓度值即为控制方程的数值解。
本实施例是以温度场的控制方程为例进行说明，简化电化学模型的控制方程还可以是电场或浓度场的控制方程。例如，浓度场的控制方程为：
Figure BDA0003701209280000101
其中，c表示半径r处的固相浓度，c0(r)为初时刻固相浓度随半径r的分布， Ds是固相传质系数，jn为固液交换锂离子浓度，Rp为颗粒半径大小。
在一些实施例中，上述步骤S200对所述无穷级数解析解进行求解，得到所述控制方程的数值解具体包括：
S210根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
S220根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时间和空间坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
具体的，根据求解精度要求选择n级级数逼近作为控制方程各时间空间的数值解。例如，求解精度为小数点后两位，当求解10级即可达到精度要求，且继续求解后面的多级对精度贡献不大时，可选择10级级数作为控制方程各时间空间的数值解，以节省算力。此处的时间空间是指无穷解析解中的变量时间和变量位置。
在一些实施例中，上述步骤S300所述根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真具体包括：
S310当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
S320当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
S330当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
简化电化学模型中，锂电池的物理化学参数，例如电导率、锂离子传质系数等与温度和浓度之间存在预设关系，通过这些预设关系即可计算出锂电池的电场、浓度场及温度场等参数，进而对锂电池充放电过程进行模拟仿真。
优选地，本发明的锂电池的工况仿真方法采用边缘计算器进行计算，即将上述实施例中的锂电池工况仿真方法的算法布置到边缘计算器中，以通过边缘计算器对锂电池的工况进行高通量快速边缘计算，锂电池的工况仿真方法在边缘计算器中的应用示意图如图3所示。边缘计算器将计算结果定时上传云端做数据备份和监控，云端使用较大规模尺度对得到的数据集进行处理，监控预警异常数据，并进行数据的更正、管理大规模锂电池及提出电池问题的解决方案。
本发明还提供一种锂电池的工况仿真系统的实施例，如图4所示，包括：
转换模块10，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
计算模块20，用于对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
处理模块30，用于根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
在一些实施例中，转换模块10包括：
第一转换单元，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
第二转换单元，用于对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解。
在一些实施例中，计算模块20包括：
级数确定单元，用于根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
计算单元，用于根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时间和空间坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
在一些实施例中，处理单元30，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
处理单元30，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
处理单元30，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本发明的一个实施例，一种终端设备，包括处理器、存储器，其中，存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的计算机程序，实现上述所对应方法实施例中的锂电池的工况仿真方法。
所述终端设备可以为桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、平板型计算机、手机、人机交互屏等设备。所述终端设备可包括，但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如：终端设备还可以包括输入/输出接口、显示设备、网络接入设备、通信总线、通信接口等。通信接口和通信总线，还可以包括输入/输出接口，其中，处理器、存储器、输入/输出接口和通信接口通过通信总线完成相互间的通信。该存储器存储有计算机程序，该处理器用于执行存储器上所存放的计算机程序，实现上述所对应方法实施例中的锂电池的工况仿真方法。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是所述终端设备的内部存储单元，例如：终端设备的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述终端设备的外部存储设备，例如：所述终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需要的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
通信总线是连接所描述的元素的电路并且在这些元素之间实现传输。例如，处理器通过通信总线从其它元素接收到命令，解密接收到的命令，根据解密的命令执行计算或数据处理。存储器可以包括程序模块，例如内核(kernel)，中间件(middleware)，应用程序编程接口(Application Programming Interface，API) 和应用。该程序模块可以是有软件、固件或硬件、或其中的至少两种组成。输入/输出接口转发用户通过输入/输出接口(例如感应器、键盘、触摸屏)输入的命令或数据。通信接口将该终端设备与其它网络设备、用户设备、网络进行连接。例如，通信接口可以通过有线或无线连接到网络以连接到外部其它的网络设备或用户设备。无线通信可以包括以下至少一种：无线保真(WiFi)，蓝牙(BT)，近距离无线通信技术(NFC)，全球卫星定位系统(GPS)和蜂窝通信等等。有线通信可以包括以下至少一种：通用串行总线(USB)，高清晰度多媒体接口(HDMI)，异步传输标准接口(RS-232)等等。网络可以是电信网络和通信网络。通信网络可以为计算机网络、因特网、物联网、电话网络。终端设备可以通过通信接口连接网络，终端设备和其它网络设备通信所用的协议可以被应用、应用程序编程接口(API)、中间件、内核和通信接口至少一个支持。
本发明的一个实施例，一种存储介质，存储介质中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现上述锂电池的工况仿真方法对应实施例所执行的操作。例如，存储介质可以是只读内存(ROM)、随机存取存储器(RAM)、只读光盘(CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序发送指令给相关的硬件完成，所述的计算机程序可存储于一存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如：在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读的存储介质不包括电载波信号和电信信号。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种锂电池的工况仿真方法，其特征在于，包括：
将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池的工况仿真方法，其特征在于，
所述将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解具体包括
将所述控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池的工况仿真方法，其特征在于，
所述对所述无穷级数解析解进行求解，得到所述控制方程的数值解具体包括：
根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时间和空间坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池的工况仿真方法，其特征在于，
所述根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真具体包括：
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池的工况仿真方法，其特征在于，
所述锂电池的工况仿真方法采用边缘计算器进行计算；
所述边缘计算器定时向云端传送所述锂电池的模拟仿真结果，使云端对所述模拟仿真结果进行备份，并对异常数据进行监控预警。
6.一种锂电池的工况仿真系统，其特征在于，包括：
转换模块，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换得到时域上的无穷级数解析解，所述无穷级数解析解用于描述锂电池充放电过程中电场、浓度场或温度场的变化；
计算模块，用于对所述无穷级数解析解进行时间和空间坐标代入，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值；
处理模块，用于根据所述数值解和所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系，对所述锂电池的充放电过程进行模拟仿真。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池的工况仿真系统，其特征在于，
所述转换模块包括：
第一转换单元，用于将简化电化学模型在时域上的控制方程通过拉普拉斯变换转换为频域上的常微分方程和边值方程；
第二转换单元，用于对所述常微分方程和边值方程进行求解，并将求解结果使用逆拉式变换转换为时域上的无穷级数解析解。
8.根据权利要求6所述的一种锂电池的工况仿真系统，其特征在于，
所述计算模块包括：
级数确定单元，用于根据求解精度确定所述无穷级数解析解的级数；
计算单元，用于根据所述级数对所述无穷级数解析解代入时间和空间坐标，得到所述控制方程的数值解，所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场、浓度场或温度场的值。
9.根据权利要求6所述的一种锂电池的工况仿真系统，其特征在于，
所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻的浓度场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的浓度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和温度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果；
所述处理单元，还用于当所述数值解为锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的温度场值时，根据所述所述简化电化学模型中电场、浓度场及温度场之间的预设关系计算锂电池充放电过程中某一时刻某一位置的电场值和浓度场值，得到锂电池充放电过程的模拟仿真结果。
10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，实现如权利要求1至权利要求5任一项所述的锂电池的工况仿真方法所执行的操作。
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1至权利要求5任一项所述的锂电池的工况仿真方法所执行的操作。
CN202210689873.2A 2022-06-17 2022-06-17 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质 Active CN115062474B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210689873.2A CN115062474B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210689873.2A CN115062474B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115062474A true CN115062474A (zh) 2022-09-16
CN115062474B CN115062474B (zh) 2023-01-06

Family

ID=83201645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210689873.2A Active CN115062474B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115062474B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116205053A (zh) * 2023-02-02 2023-06-02 上海玫克生储能科技有限公司 一种求解模拟输出工况序列的方法和装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080206610A1 (en) * 2005-09-30 2008-08-28 Saunders James H Method of Operating an Electrochemical Device Including Mass Flow and Electrical Parameter Controls
CN107729608A (zh) * 2017-09-13 2018-02-23 南京理工大学 基于时域谱元法的短间隙气体放电数值仿真方法
CN108547611A (zh) * 2018-03-01 2018-09-18 杭州迅美科技有限公司 水平井复杂环境随钻电磁波电阻率测井快速仿真方法
CN110907838A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 广州汽车集团股份有限公司 电池工况仿真测试方法、电子设备及计算机可读存储介质
CN110968968A (zh) * 2019-12-05 2020-04-07 西南交通大学 一种基于针刺内部短路锂离子电池的热失控仿真方法
CN110991049A (zh) * 2019-12-05 2020-04-10 西南交通大学 一种基于过充锂离子电池的热失控仿真方法
CN113933713A (zh) * 2021-09-01 2022-01-14 上海屹锂新能源科技有限公司 基于电化学模型的固态锂电池状态估计方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080206610A1 (en) * 2005-09-30 2008-08-28 Saunders James H Method of Operating an Electrochemical Device Including Mass Flow and Electrical Parameter Controls
CN107729608A (zh) * 2017-09-13 2018-02-23 南京理工大学 基于时域谱元法的短间隙气体放电数值仿真方法
CN108547611A (zh) * 2018-03-01 2018-09-18 杭州迅美科技有限公司 水平井复杂环境随钻电磁波电阻率测井快速仿真方法
CN110907838A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 广州汽车集团股份有限公司 电池工况仿真测试方法、电子设备及计算机可读存储介质
CN110968968A (zh) * 2019-12-05 2020-04-07 西南交通大学 一种基于针刺内部短路锂离子电池的热失控仿真方法
CN110991049A (zh) * 2019-12-05 2020-04-10 西南交通大学 一种基于过充锂离子电池的热失控仿真方法
CN113933713A (zh) * 2021-09-01 2022-01-14 上海屹锂新能源科技有限公司 基于电化学模型的固态锂电池状态估计方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
庄池杰等: "短间隙流注放电数值仿真方法研究进展", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116205053A (zh) * 2023-02-02 2023-06-02 上海玫克生储能科技有限公司 一种求解模拟输出工况序列的方法和装置
CN116205053B (zh) * 2023-02-02 2023-12-01 上海玫克生储能科技有限公司 一种求解模拟输出工况序列的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115062474B (zh) 2023-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115422696B (zh) 一种模组数字孪生模型建立方法、系统、终端和介质
CN115062474B (zh) 一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质
WO2022237476A1 (zh) 电池脉冲充放电最大电流的获取方法、装置、设备及介质
Methekar et al. A perturbation approach for consistent initialization of index-1 explicit differential–algebraic equations arising from battery model simulations
CN113034059B (zh) 异常电力信息定位方法、装置、电子设备和计算机介质
CN113721161B (zh) 锂离子电池组的一致性评估方法及装置
CN115840144A (zh) 电池仿真计算方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113094921A (zh) 一种电池包热失控仿真模拟方法及系统
CN115828685A (zh) 基于切比雪夫谱方法的锂电池温度仿真方法、装置及介质
Lei et al. A novel temperature–hysteresis model for power battery of electric vehicles with an adaptive joint estimator on state of charge and power
Guo et al. Nonlinear state-variable method for solving physics-based li-ion cell model with high-frequency inputs
Jang et al. BattPhase—A Convergent, Non-Oscillatory, Efficient Algorithm and Code for Predicting Shape Changes in Lithium Metal Batteries Using Phase-Field Models: Part I. Secondary Current Distribution
CN117129878B (zh) 确定电池机理模型参数值的方法、装置和电子设备
CN114357798A (zh) 一种电池容量评估方法、装置及电子设备
CN106970328B (zh) 一种soc估算方法及装置
Volkwein et al. The reduced basis method applied to transport equations of a lithium-ion battery
Castelli et al. The numerical study of a microscale model for lithium-ion batteries
CN116165547A (zh) 锂电池的电压计算与修正方法及系统、装置、存储介质
CN115081207B (zh) 锂电池的静置弛豫仿真方法、系统、终端设备及存储介质
CN115859728A (zh) 基于耦合畸变相似的锥柱组合壳体动态特性预测方法及系统
Hu et al. NARX modelling of a lithium iron phosphate battery used for electrified vehicle simulation
CN115241551A (zh) 一种锂电池自放电检测方法、系统、终端设备及存储介质
Ortiz-Ricardez et al. Hard limitations of polynomial approximations for reduced-order models of lithium-ion cells
CN115935635B (zh) 基于电化学模型的锂电池路端电压计算方法、装置及介质
Wu et al. A procedure for serial simulation of electrochemical processes: cycling of electrodes and batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant