一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法

本发明涉及动力电池，具体是一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法。

背景技术：

1、动力电池目前主要应用在新能源汽车领域，由于动力电池主要以锂电池为主，因此其生命周期有限，在长时间服役后，动力电池需要报废回收处理。

2、针对于动力电池的回收处理，目前主要以梯次利用、再生回收以及再制造为主，其中，梯次利用和再生回收分别针对生命周期处于前段和尾段的动力电池，而再制造主要针对于处于生命周期中段，且通过再制造手段，可重复利用的动力电池，在现有技术中，可通过监测动力电池剩余容量来判断动力电池处于生命周期哪一阶段，从而分别选用不同回收利用手段对动力电池进行回收。

3、其中，为了提高对动力电池的回收利用水平，尽量以再制造作为主要的回收手段对动力电池进行回收，而再制造要求动力电池处于生命周期的中段，具备可再制造的基础条件，因此准确判断的动力电池处于生命周期哪一阶段尤为重要，动力电池在服役期间，其生命周期与服役时间有着一定的关系，即生命周期与电池老化衰退机理存在联系，因此只需要清楚动力电池衰退机理，即可准确的在动力电池服役一定时间后主动再制造，提高动力电池的回收利用水平。

4、因此，针对上述问题提出一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决上述至少一个问题，本发明提出的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法。

2、一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，该方法包括以下步骤：

3、s1：孪生数据驱动的动力电池多尺度等效电路模型的构建；

4、s2：多因素耦合影响下动力电池循环老化衰退机理的表征；

5、其中，动力电池循环衰退老化是在多特征工况循环以及多物理场参数耦合的共同作用下产生。

6、优选的，所述s1中，多尺度等效电路模型构建，包括以下步骤：设立多尺度等效电路结构和等效状态空间方程；基于动力电池数字孪生多物理场耦合模型，对各尺度等效电路结构进行混合脉冲功率特性测试仿真，获得各尺度等效电路结构的开路电压、内阻、串并联关系特性参数；将电流数据加载到初步标定参数的动力电池多尺度等效电路模型中，记录模型输出的等效模拟电压序列；基于动力电池数字孪生多尺度映像模型，将电流数据作为输入，记录孪生仿真电压序列；将多尺度等效模拟电压序列与孪生仿真电压序列进行拟合误差对比，校核优化动力电池多尺度等效电路模型与动力电池物理实体的匹配度。

7、优选的，所述s2中，动力电池循环老化衰退机理的表征，具体包括以下步骤：以动力电池多尺度等效电路为循环老化的仿真对象，将温度、锂离子库存的损失和电极活性材料的损失作为多物理场影响因素，与时效关联设为状态变量，针对动力电池系统服役时动态充放电、恒定充电和静置三种循环工况，分别选用恒流充电工况、恒流放电工况和方波脉冲放电工况三种仿真工况，应用控制变量法和正交实验法实施动力电池循环老化衰退数字孪生仿真；其中，多尺度等效电路的电容为仿真测控指标。

8、优选的，所述s2中，动力电池循环老化衰退仿真，包括单一变量的循环老化衰退仿真和多重变量循环老化衰退仿真。

9、优选的，所述s2中，将温度、锂离子库存的损失和电极活性材料的损失作为多物理场影响因素，与时效关联设为状态变量，具体采用映射的思维，将单一状态变量对电池容量的损失程度，映射成单个条件对事件发生的概率，对多重变量的循环老化仿真孪生数据进行相关性分析，剖析多重状态变量间的耦合关系；形成动力电池循环老化电容多重衰退模型方程，表征动力电池循环老化电容的衰退趋势，如下所示：

10、

11、和为单一状态变量影响下电容衰减时效方程。是可循环锂离子损失造成的电容量损失，是负极活性材料损失造成的电容量损失，是温度造成的电容量损失。

12、本发明的有益之处在于：

13、1.本发明通过在多特征工况循环下，和多物理场参数耦合的共同作用下，以温度、锂离子库存的损失和电极活性材料的损失等多物理场影响因素和失效关联，作为状态变量，采用映射的思维，将单一状态变量对电池容量的损失程度，映射为单个条件对事件发生的概率，对多重变量的循环老化仿真孪生数据进行分析，剖析多重状态变量间的耦合关系，形成电池电容多重衰退模型方程式，用以表征动力电池循环老化电容的衰退趋势，从而能够根据方程式所绘制的衰退曲线，来表征动力电池电容随服役周期的变化，通过曲线变化的拐点，作为不同生命周期的切换点，从而清晰的反映动力电池随服役周期变化的电容含量，方便对即将退役的动力电池进行精确的分析，从而选择不同的回收方式进行回收，降低成本和提高电池的利用率。

技术特征：

1.一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：所述s1中，从动力电池颗粒、电极、单体尺度构建电化学-热-力耦合模型，从颗粒尺度上，结合锂浓度梯度产生的扩散-诱导应力，建立动力电池电化学-力模型；从电极尺度上，根据能量守恒防潮，在p2d模型基础上建立电化学-热模型；从单体尺度上，结合电池工作过程中由于温度梯度造成的热应力及受热膨胀行为，构建动力电池热-力耦合模型；从动力电池模组和整包尺度，建立与实体电池真实形状对应的几何模型；所述s2中，数据驱动模型采用数据驱动方法，对实时监测的数据进行提取，在补充至多尺度映像模型中。

3.根据权利要求2所述的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：所述s3中，多尺度等效电路模型构建，包括以下步骤：设立多尺度等效电路结构和等效状态空间方程；基于动力电池数字孪生多物理场耦合模型，对各尺度等效电路结构进行混合脉冲功率特性测试仿真，获得各尺度等效电路结构的开路电压、内阻、串并联关系特性参数；将电流数据加载到初步标定参数的动力电池多尺度等效电路模型中，记录模型输出的等效模拟电压序列；基于动力电池数字孪生多尺度映像模型，将电流数据作为输入，记录孪生仿真电压序列；将多尺度等效模拟电压序列与孪生仿真电压序列进行拟合误差对比，校核优化动力电池多尺度等效电路模型与动力电池物理实体的匹配度；

4.根据权利要求3所述的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：所述s4中，动力电池循环老化衰退机理的表征，具体包括以下步骤：以动力电池多尺度等效电路为循环老化的仿真对象，将温度、锂离子库存的损失和电极活性材料的损失作为多物理场影响因素，与时效关联设为状态变量，针对动力电池系统服役时动态充放电、恒定充电和静置三种循环工况，分别选用恒流充电工况、恒流放电工况和方波脉冲放电工况三种仿真工况，应用控制变量法和正交实验法实施动力电池循环老化衰退数字孪生仿真；其中，多尺度等效电路的电容为仿真测控指标。

5.根据权利要求4所述的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：所述s4中，动力电池循环老化衰退仿真，包括单一变量的循环老化衰退仿真和多重变量循环老化衰退仿真。

6.根据权利要求4所述的一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，其特征在于：所述s4中，将温度、锂离子库存的损失和电极活性材料的损失作为多物理场影响因素，与时效关联设为状态变量，具体采用映射的思维，将单一状态变量对电池容量的损失程度，映射成单个条件对事件发生的概率，对多重变量的循环老化仿真孪生数据进行相关性分析，剖析多重状态变量间的耦合关系；形成动力电池循环老化电容多重衰退模型方程，表征动力电池循环老化电容的衰退趋势，如下所示：

技术总结
本发明公开了一种表征动力电池循环老化衰退机理的方法，该方法包括以下步骤：孪生数据驱动的动力电池多尺度等效电路模型的构建；多因素耦合影响下动力电池循环老化衰退机理的表征；其中，动力电池循环衰退老化是在多特征工况循环以及多物理场参数耦合的共同作用下产生；形成电池电容多重衰退模型方程式，用以表征动力电池循环老化电容的衰退趋势，从而能够根据方程式所绘制的衰退曲线，来表征动力电池电容随服役周期的变化，通过曲线变化的拐点，作为不同生命周期的切换点，从而清晰的反映动力电池随服役周期变化的电容含量，方便对即将退役的动力电池进行精确的分析，从而选择不同的回收方式进行回收，降低成本和提高电池的利用率。

技术研发人员：郭洪飞,任亚平,何智慧,朝宝,郭海全,赵敏
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8