一种基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法和系统与流程

本发明涉及电化学参数求解领域，具体涉及一种基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法。

背景技术：

1、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，目前广泛应用于移动通信、数码科技、电动汽车、能源存储等领域。对于锂电池建立物理化学模型，得到电池内部空间时间上的物理化学状态量的模拟数值，能够给更加清晰地了解监控锂电池的实时工作状态，从而更好保障锂电池的经济性、可靠性和安全性。但在大规模锂离子电池系统，如：储能电站，动力电车中，电池数量极多，对计算的速度提出了很高的要求。

2、锂离子的电化学模型是一个非线性系统，一般来说我们会使用牛顿-拉弗森迭代来解这样一个问题。其是将非线性系统转换成线性系统的求解迭代。在这个过程中需要进行多次线性方程的求解。可以说大部分算力都被使用在这个环节。因此为了提升电化学模型的运算速度，需要选取一种合适的算法减少线性方程求解的迭代次数，同时降低求解的迭代时间。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法和系统；

2、具体的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法，包括：

4、建立锂电池的电化学方程组，根据所述电化学方程组生成模拟区域；所述电化学方程组是描述离子扩散、电子传导和电化学反应的线性方程，所述电化学方程组与所述模拟区域的物理特性、边界条件相互映射；

5、利用几何多重网格法，将所述模拟区域分割，生成不同粗细级别的若干网格，若干所述网格包括：若干粗网格、若干细网格；

6、对所述电化学方程组中个别电化学参数的预设个别初始参数值，计算所述网格之间的插值；

7、所述电化学方程组中的电化学参数根据所述插值和所述电化学参数的预设初始参数值，利用所述几何多重网络法进行循环迭代，求解出最终电化学参数；所述电化学参数包括所述个别电化学参数。

8、本实施方法提供了通过几何多重网格法，按网格间的插值迭代求解出电化学模型中的线性方程组的电化学参数的方法，减少了电化学参数的迭代次数，加快了电化学参数的求解速度。

9、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法的实施方法，所述的所述电化学方程组中的电化学参数根据所述插值和所述电化学参数的预设初始参数值，利用所述几何多重网络法进行循环迭代，求解出最终电化学参数，包括：

10、根据预设的网格迭代顺序，利用所述细/粗网格，迭代所述预设初始电化学参数值，求解出细/粗网格参数；

11、根据每次迭代求解出的所述细网格参数或所述粗网格参数，结合所述网格之间的插值，得到输入到下一个所述网格的初始解，经过若干所述网格的迭代循环求解出所述最终电化学参数。

12、本实施方法提供了几何多重网格法具体迭代电化学参数的过程，在粗网格能够快速求得电化学参数，在细网格能够精确的求得电化学参数。

13、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法的实施方法，

14、所述个别电化学参数包括：正负极固相锂离子浓度、正负极液相锂离子浓度和固液过电势。

15、本实施方法提供了用于计算网格插值的个别电化学参数，选取这三个电化学参数的初值作插值能够更好的表征离子扩散过程、电子传导过程和电化学反应过程，且这三个电化学参数的物理特性能够方便的通过插值方法迭代求解。

16、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法的实施方法，

17、所述电化学方程组是根据固相锂离子扩散方程、液相锂离子扩散方程、固相电势方程、液相电势方程、固液过电势方程和巴特勒-褔尔默方程建立。

18、本实施方法提供了电化学方程组的构成，通过求解该方程组能够得到离子扩散过程、电子传导过程和电化学反应过程。

19、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解方法的实施方法，在所述的利用所述几何多重网络法求解出最终电化学参数之后，还包括：

20、根据所述最终电化学参数建立电化学模型；

21、利用所述电化学模型，实时分析所述锂电池的性能和寿命。

22、本实施方法提供了得到最终电化学参数后，利用最终电化学参数建模，分析实时锂电池的性能和寿命。

23、第二方面，本发明提供了一种基于几何多重网格法的电化学方程组求解系统，包括：

24、电化学方程组建立模块，用于锂电池的电化学方程组，根据所述电化学方程组生成模拟区域；所述电化学方程组是描述离子扩散、电子传导和电化学反应的方程，所述电化学方程组与所述模拟区域的物理特性、边界条件相互映射；

25、所述几何多重网格算法模块，用于利用几何多重网格法，将所述模拟区域分割，生成不同粗细级别的若干网格；所述不同粗细级别的若干所述网格包括：若干粗网格、若干细网格；

26、所述几何多重网格算法模块，还用于对所述电化学方程组中个别电化学参数的预设个别初始参数值，计算所述网格之间的插值；所述电化学方程组中的电化学参数根据所述插值和所述电化学参数的预设初始参数值进行循环迭代，利用所述几何多重网络法求解出最终电化学参数；所述电化学参数包括所述个别电化学参数。

27、本实施方法提供了通过几何多重网格算法模块，按网格间的插值迭代求解出电化学模型中的线性方程组的电化学参数的方法，减少了电化学参数的迭代次数，加快了电化学参数的求解速度。

28、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解系统的实施方法，

29、所述几何多重网格算法模块，还用于根据预设的网格迭代顺序，利用所述细/粗网格，迭代所述预设初始电化学参数值，求解出细/粗网格参数；

30、所述几何多重网格算法模块，还用于根据每次迭代求解出的所述细网格参数或所述粗网格参数，结合所述网格之间的插值，得到输入到下一个所述网格的初始解，经过若干所述网格的迭代循环求解出所述最终电化学参数。

31、本实施方法提供了几何多重网格法具体迭代电化学参数的过程，在粗网格可以快速求得电化学参数，在细网格可以精确求得电化学参数。

32、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解系统的实施方法，

33、所述个别电化学参数包括：正负极固相锂离子浓度，正负极液相锂离子浓度和固液过电势。

34、本实施方法提供了用于计算网格插值的个别电化学参数，选取这三个电化学参数的初值作插值能够更好的表征离子扩散过程、电子传导过程和电化学反应过程，且这三个电化学参数的物理特性能够方便的通过插值方法迭代求解。

35、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解系统的实施方法，

36、所述电化学方程组是根据固相锂离子扩散方程、液相锂离子扩散方程、固相电势方程、液相电势方程、固液过电势方程和巴特勒-褔尔默方程建立。

37、本实施方法提供了电化学方程组的构成，通过求解该方程组能够得到离子扩散过程、电子传导过程和电化学反应过程。

38、在一些基于几何多重网格法的电化学方程组求解系统的实施方法，

39、电化学模型建立模块，与所述几何多重网格算法模块连接，用于接收所述几何多重网格算法模块发送的所述最终电化学参数，所述电化学参数建立电化学模型；

40、所述电化学模型建立模块，还用于利用所述电化学模型，实时分析所述锂电池的性能和寿命。

41、本实施方法提供了电化学模型建立模块利用求解电化学方程组得到的电化学参数建模，并根据新建的电化学模型得到电池的性能和寿命。

42、与现有技术相比，本发明至少具有以下一项有益效果：

43、本发明提供了通过几何多重网格法，按个别电化学参数的数值计算得到的网格间的插值，对电化学参数的预设初始参数值迭代，求解出线性方程组中的最终电化学参数的方法，减少了电化学参数的迭代次数，加快了电化学参数的求解速度。