锂电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法和装置与流程

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法和装置。

背景技术：

1、在锂电池性能仿真计算过程中，正负极嵌锂系数上下限是其中一个必不可少的参数。嵌锂系数是指电极材料中锂离子的浓度与该材料能够达到的最大锂离子浓度之比。这个比值是一个无量纲的数值，通常在0-1之间变化，用来描述电极材料在充电和放电过程中锂离子的嵌入和脱出程度。它通常表示为li-insertion coefficient，也称为锂可逆容量（lithium reversible capacity）或锂插入/提取容量（lithiuminsertion/extractioncapacity）。

2、由于实验的困难性和复杂性，用户往往需要花费大量时间去得到嵌锂系数上下限，效率低，成本高，不利于仿真计算及锂电池研发。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种锂电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法和装置、电子设备和存储介质，该方法能够缩短获取锂电池正负极嵌锂系数上下限的时间，提高仿真计算效率，加快电池的研发进程。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、第一方面，一种锂电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法，包括以下步骤：

4、读取用户输入的正极半电池曲线、负极半电池曲线和全电池soc-ocv曲线，将全电池soc-ocv曲线作为第一全电池曲线；

5、设定正负极嵌锂系数上下限初始区间，包括分别设定正极嵌锂系数上限初始区间、正极嵌锂系数下限初始区间、负极嵌锂系数上限初始区间、负极嵌锂系数下限初始区间；

6、从各初始区间中分别任意取值，得到由正极嵌锂系数下限，正极嵌锂系数上限，负极嵌锂系数下限和负极嵌锂系数上限组成的嵌锂系数组；

7、由正极嵌锂系数下限、正极嵌锂系数上限和第一全电池曲线中的电池荷电状态计算正极荷电状态，由负极嵌锂系数下限、负极嵌锂系数上限和第一全电池曲线中的电池荷电状态计算负极荷电状态，其中，正极嵌锂区间，负极嵌锂区间，为第一全电池曲线中的电池荷电状态；

8、根据正极荷电状态和正极半电池曲线计算对应的正极开路电压；根据负极荷电状态和负极半电池曲线计算对应的负极开路电压，并计算电池开路电压，得到嵌锂系数组对应的第二全电池曲线；

9、计算第二全电池曲线与第一全电池曲线间的误差，并在各初始区间内改变取值得到不同嵌锂系数组，寻找所述误差最小时对应的最优嵌锂系数组，所述最优嵌锂系数组为锂电池正负极嵌锂系数上下限。

10、计算正极荷电状态和负极荷电状态时，可在第一全电池曲线中以任意间隔取值电池荷电状态，如可使，计算出在不同电池荷电状态对应的正极荷电状态和负极荷电状态，进而计算得到不同电池荷电状态对应的电池开路电压，得到嵌锂系数组对应的第二全电池曲线。

11、根据正极荷电状态和正极半电池曲线计算对应的正极开路电压；根据负极荷电状态和负极半电池曲线计算对应的负极开路电压，并计算电池开路电压。其中采用的计算方法包括但不限于线性插值、样条插值、多项式拟合、分段多项式拟合等。

12、计算第二全电池曲线与第一全电池曲线间的误差可通过计算第一全电池曲线和第二全电池曲线之间的距离。

13、优选地，在用户给定正极活性物质实际克容量和正极活性物质理论克容量时，所述设定正负极嵌锂系数上下限初始区间，包括：

14、计算正极嵌锂区间，计算负极嵌锂区间；其中，所述np比为电池负极容量和正极容量的比值；

15、设定正极嵌锂系数下限初始区间，正极嵌锂系数上限初始区间，负极嵌锂系数下限初始区间，负极嵌锂系数上限初始区间，0.5为设定的负极自由度，所述负极自由度可在保证负极嵌锂系数上限大于负极嵌锂系数下限的情况下任意取值。

16、上述计算方式适用于用户提供的是半电池的实际克容量。在用户提供的是全电池的实际克容量时，则负极嵌锂区间的计算不需要除np比。np比为电芯设计参数，由用户直接提供得到。由负极半电池的实际克容量确定全电池的负极嵌锂系数区间会存在误差，因此，在设定负极嵌锂系数区间时设定了负极自由度。

17、进一步优选地，在得到正极嵌锂区间和负极嵌锂区间后，设定正负极嵌锂系数上下限初始区间前，还包括：

18、验证用户输入的正极半电池曲线的数据区间是否满足，用户输入的负极半电池曲线的数据区间是否满足；

19、若满足，则继续设定嵌锂系数上下限初始区间；

20、若不满足，则对正极半电池曲线和负极半电池曲线补充数据。

21、优选地，在用户给定正极活性物质实际克容量和正极活性物质成分时，所述设定正负极嵌锂系数上下限初始区间包括：

22、计算，其中为正极活性物质的摩尔质量，单位为g/mol，f为法拉第常数，为参与脱嵌锂反应的电子数，其由活性物质的化学式确定，对于常用的磷酸铁锂和三元锂，c为电荷量的单位库仑；

23、计算正极嵌锂区间，计算负极嵌锂区间；

24、设定正极嵌锂系数下限初始区间，正极嵌锂系数上限初始区间，负极嵌锂系数下限初始区间，负极嵌锂系数上限初始区间。

25、进一步优选地，在用户给定正极活性实际克容量、正极活性物质成分、负极活性物质实际克容量、负极活性物质成分时，所述设定正负极嵌锂系数上下限初始区间包括：

26、计算，，其中为正极活性物质的摩尔质量，为负极活性物质的摩尔质量，单位为g/mol，f为法拉第常数，为参与脱嵌锂反应的电子数，c为电荷量的单位库仑；

27、计算正极嵌锂区间，负极嵌锂区间；

28、设定正极嵌锂系数下限初始区间，正极嵌锂系数上限初始区间，负极嵌锂系数下限初始区间，负极嵌锂系数上限初始区间。

29、通常情况下，所述设定正负极嵌锂系数上下限初始区间包括：

30、设定正极嵌锂系数下限初始区间，正极嵌锂系数上限初始区间，负极嵌锂系数下限初始区间，负极嵌锂系数上限初始区间。

31、优选地，计算第二全电池曲线与第一全电池曲线间的误差，包括：

32、构建函数，，其中，为第一全电池曲线中的第一开路电压，为第二全电池曲线中的第二开路电压，为选取的用于计算误差的数据对数，为对数据的序号。

33、优选地，所述在各初始区间内改变取值得到不同嵌锂系数组，寻找所述误差最小时对应的最优嵌锂系数组，采用的方法包括参数优化算法或遍历。所述参数优化算法包括但不限于最速下降法、牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法、顺次二次规划、模拟退火、遗传算法、随机森林、贝叶斯优化、随机搜索等方法。所述遍历包括但不限于均匀步长的遍历、随机步长的遍历、自适应步长的遍历等方法。其中，可以分别在正极嵌锂系数下限初始区间，正极嵌锂系数上限初始区间，负极嵌锂系数下限初始区间和负极嵌锂系数上限初始区间中分别取值。也可以在正极嵌锂系数下限初始区间或正极嵌锂系数上限初始区间中进行取值，通过嵌锂区间计算对应的正极嵌锂系数上限的取值或正极嵌锂系数下限的取值。负极嵌锂系数上限或负极嵌锂系数下限的取值同样可采用上述方式。

34、第二方面，一种用于上述锂电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法的装置，其特征在于，包括：

35、数据获取单元，用于读取用户输入的正极半电池曲线、负极半电池曲线和全电池soc-ocv曲线，将全电池soc-ocv曲线作为第一全电池曲线；

36、初始区间确定单元，用于设定正负极嵌锂系数上下限初始区间，包括分别设定正极嵌锂系数上限初始区间、正极嵌锂系数下限初始区间、负极嵌锂系数上限初始区间、负极嵌锂系数下限初始区间；

37、嵌锂系数组选取单元，用于从各初始区间中分别任意取值，得到由正极嵌锂系数下限，正极嵌锂系数上限，负极嵌锂系数下限和负极嵌锂系数上限组成的嵌锂系数组；

38、数据计算单元，用于计算正极荷电状态，负极荷电状态，其中，正极嵌锂区间，负极嵌锂区间，为第一全电池曲线中的电池荷电状态；根据正极荷电状态和正极半电池曲线计算对应的正极开路电压，根据负极荷电状态和负极半电池曲线计算对应的负极开路电压，并计算电池开路电压，得到嵌锂系数组对应的第二全电池曲线；

39、误差比较单元，用于计算第二全电池曲线与第一全电池曲线间的误差，并在各初始区间内改变取值得到不同嵌锂系数组，寻找所述误差最小时对应的最优嵌锂系数组，所述最优嵌锂系数组为锂电池正负极嵌锂系数上下限。

40、一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法。

41、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现上述电池正负极嵌锂系数上下限的计算方法。

42、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

43、利用用户提供的信息，经计算可得到锂电池正负极嵌锂系数上下限，从而避免了实验获取锂电池正负极嵌锂系数上下限的过程，降低了研发成本，提高了仿真计算效率，加快电池的研发进程。

44、为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。