[发明专利]一种锂电池的工况仿真方法、系统、终端设备及存储介质

说明书

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。

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。