本技術(shù)涉及動力電池，具體而言，涉及一種動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電動汽車的快速普及，消費(fèi)者和汽車廠商對電池安全問題越來越重視，動力電池不僅是電動汽車的主要動力來源和核心零部件，也是其快速發(fā)展的主要技術(shù)壁壘。鋰電池以其高能量密度、高循環(huán)壽命、高環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、電動車、移動電源等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但由于熱失控、電池管理系統(tǒng)等原因，導(dǎo)致的鋰電池起火等安全事故成為新能源汽車發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。除此之外，隨著正極材料的能量密度逼近極限，鋰離子電池容量也難以實(shí)現(xiàn)顯著提高，難以滿足新能源汽車發(fā)展的需求。

2、數(shù)字孿生是一種利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，通過多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射的技術(shù)。它反映了相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。孿生系統(tǒng)就是要完全復(fù)刻物理空間中電池組整個生命周期的運(yùn)行狀態(tài)，分析電池的工作特性，完成其建模工作是搭建孿生系統(tǒng)基礎(chǔ)且重要的一個環(huán)節(jié)。

3、通常對鋰離子電池進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時，總是從電特性的角度考慮，但除了電池本身的復(fù)雜反應(yīng)會影響電池性能，因外界環(huán)境溫度變化、電池自放熱也會在一定程度上影響電池使用壽命。因此，現(xiàn)有對鋰離子電池進(jìn)行的數(shù)學(xué)建模不夠精準(zhǔn)，并不能準(zhǔn)確估算電池soc和溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)的目的在于提供一種動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法及裝置，能夠提高孿生系統(tǒng)的精度，精準(zhǔn)仿真出電池的溫度和端電壓。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法，所述方法包括以下步驟：

3、采用二階等效電路模型對電池電域?qū)\生系統(tǒng)建模；

4、采用集總參數(shù)模型對電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)建模；

5、基于電池溫度和產(chǎn)熱量兩個中間變量，將電池電域?qū)\生系統(tǒng)和電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)耦合起來，構(gòu)建基于電域和熱域的多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)；

6、利用開源電池?cái)?shù)據(jù)對所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)的電池參數(shù)估算進(jìn)行驗(yàn)證。

7、在一種可能的實(shí)施方式中，所述采用二階等效電路模型對電池電域?qū)\生系統(tǒng)建模，包括以下步驟：

8、根據(jù)基爾霍夫定律計(jì)算電池端電壓，公式如下：

9、uk＝uoc-r0ik-u1-u2；其中，uoc表示電池開路電壓，r0表示歐姆內(nèi)阻，ik表示電池電流，u1、u2分別表示二階等效電路模型中一階rc電路的第一端電壓和二階rc電路第二的端電壓；

10、計(jì)算電池soc，公式如下：

11、

12、分別為t、t0時刻的電池soc；η為充放電效率；q為電池的最大可用容量；

13、在不同工況和不同環(huán)境溫度下，對電池進(jìn)行性能測試，并記錄電池參數(shù)；其中，對獲取的在第一溫度t1條件下，對電池脈沖放電時的電池開路電壓和電池soc進(jìn)行擬合，并得到擬合公式中的待擬合參數(shù)a、b、c、d，其中，所述擬合公式為uoc＝a+bsoc+csoc2+dsoc3；

14、獲取在第二溫度t2、第三溫度t3、第四溫度t4條件下，對電池脈沖放電時的電池開路電壓和電池soc的擬合曲線，并進(jìn)行空間平面擬合，得到電池開路電壓uoc、電池soc與環(huán)境溫度t之間的關(guān)系。

15、在一種可能的實(shí)施方式中，所述采用集總參數(shù)模型對電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)建模，包括以下步驟：

16、計(jì)算電池產(chǎn)熱量，公式如下：

17、q＝ik[(uoc-uk)-t(duoc/dt)]；其中，ik表示電池電流，uoc表示電池開路電壓，uk表示電池端電壓，t表示電池溫度，duoc/dt表示溫熵系數(shù)；

18、通過擬合公式uoc＝x+yt+zt2得到電池開路電壓與電池溫度之間的關(guān)系；其中，x、y、z為待擬合參數(shù)；

19、通過擬合公式duoc/dt＝m+nsoc+osoc2+psoc3+qsoc4+rsoc5得到溫熵系數(shù)與電池soc之間的關(guān)系；其中，m、n、o、p、q、r為待擬合參數(shù)。

20、在一種可能的實(shí)施方式中，所述溫熵系數(shù)通過直接測量法得到。

21、在一種可能的實(shí)施方式中，所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)以電池電流、電池溫度和電池soc作為輸入，先通過所述電池電域?qū)\生系統(tǒng)計(jì)算得到電池端電壓和電池開路電壓；再將溫熵系數(shù)和得到的所述電池端電壓、所述電池開路電壓輸入至所述電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)計(jì)算得到電池產(chǎn)熱量、以及作為所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)輸入的所述電池溫度。

22、在一種可能的實(shí)施方式中，所述利用開源電池?cái)?shù)據(jù)對所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)的電池參數(shù)估算進(jìn)行驗(yàn)證，包括以下步驟：

23、獲取所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)仿真輸出的電池溫度、以及實(shí)際測量到的電池表面溫度，并比較兩者的誤差；

24、若所述誤差不小于設(shè)定的閾值，基于實(shí)際測量到的電池表面溫度和卡爾曼濾波算法對所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)仿真輸出的電池溫度進(jìn)行校正；

25、若所述誤差小于設(shè)定的閾值，將所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)仿真輸出的電池溫度與實(shí)際測量到的電池表面溫度相結(jié)合，通過卡爾曼濾波算法計(jì)算得到電池平均溫度。

26、在一種可能的實(shí)施方式中，所述若所述誤差不小于設(shè)定閾值，基于實(shí)際測量到的電池表面溫度和爾曼濾波算法對所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)仿真輸出的電池溫度進(jìn)行校正，包括以下步驟：

27、將實(shí)際測量到的電池表面溫度作為所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)仿真輸出的電池溫度，并重新判斷兩者之間的午餐是否小于設(shè)定的閾值。

28、第二方面，本技術(shù)提供的一種動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模裝置，應(yīng)用于混合動力汽車，所述混合動力汽車包括整車能源分配系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和云平臺，所述電池管理系統(tǒng)包括析鋰檢測模式設(shè)置模塊、動力系統(tǒng)功率控制模塊、析鋰特征參數(shù)計(jì)算模塊、析鋰參數(shù)云平臺交互模塊和析鋰應(yīng)對模塊；所述識別裝置包括：

29、設(shè)置模塊，用于基于所述析鋰檢測模式設(shè)置模塊設(shè)置車用鋰電池的析鋰識別工況，并且在所述電池管理系統(tǒng)識別到所述車用鋰電池滿足該析鋰識別工況時，開啟析鋰檢測模式；其中，所述析鋰識別工況包括車用鋰電池充滿電后的溫度范圍；

30、控制模塊，用于基于所述動力系統(tǒng)功率控制模塊生成恒定小倍率放電請求，并發(fā)送至所述整車能源分配系統(tǒng)，由所述整車能源分配系統(tǒng)根據(jù)所述恒定小倍率放電請求，通過能源分配維持車用鋰電池在所述溫度范圍內(nèi)放電；

31、計(jì)算模塊，用于基于所述析鋰特征參數(shù)計(jì)算模塊實(shí)時計(jì)算車用鋰電池在恒定小倍率放電時的析鋰特征參數(shù)，并通過所述析鋰參數(shù)云平臺交互模塊上傳至所述云平臺，由所述云平臺根據(jù)接收到的所述析鋰特征參數(shù)，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)計(jì)算車用鋰電池的析鋰容量，且下發(fā)至所述電池管理系統(tǒng)。

32、第三方面，本技術(shù)提供的一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器和總線，所述存儲器存儲有所述處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時，所述處理器與所述存儲器之間通過總線通信，所述機(jī)器可讀指令被所述處理器執(zhí)行時執(zhí)行如第一方面所述的動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法的步驟。

33、第四方面，本技術(shù)提供的一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器運(yùn)行時執(zhí)行如第一方面所述的動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法的步驟。

34、本實(shí)施例提供的一種動力電池多域聯(lián)合數(shù)字孿生建模方法及裝置，采用二階等效電路模型對電池電域?qū)\生系統(tǒng)建模；采用集總參數(shù)模型對電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)建模；基于電池溫度和產(chǎn)熱量兩個中間變量，將電池電域?qū)\生系統(tǒng)和電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)耦合起來，構(gòu)建基于電域和熱域的多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)；利用開源電池?cái)?shù)據(jù)對所述多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)的電池參數(shù)估算進(jìn)行驗(yàn)證。從而將電池電域?qū)\生系統(tǒng)和電池?zé)嵊驅(qū)\生系統(tǒng)聯(lián)合起來，建立一個使用電池溫度和電池soc作為時變參數(shù)的多域聯(lián)合電池孿生系統(tǒng)，能夠精確的仿真出電池的溫度和端電壓。