基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法及系统，其中，该方法包括：利用帕德近似原理对液相、固相扩散过程简化，再通过数学变化对简化后的相关机理行为进行解耦与简化表征，建立电池简化模型；将恒流充电测试数据输入容量损失机理模型提取负极容量，并将其辨识结果代入负极电势中，生成负极电势曲线；将利用固相简化模型生成固相负极电势曲线与该曲线拟合，提取表征的锂离子固相扩散能力；将前述已求解特征参数代入电池简化模型中，提取电解液中锂离子的扩散能力与表征电解液浓度并优化，迭代执行该过程，根据多组特征参数对待测退役电池的健康状态进行诊断。该方法提高了电动汽车退役电池内部健康状态的诊断效率。的诊断效率。的诊断效率。

【技术实现步骤摘要】
基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法及系统


[0001]本专利技术涉及电池健康状态管理
，特别涉及一种基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]电动汽车退役电池梯次利用是降低整车成本，同时避免能源浪费的有效技术途径。有效的诊断电池内部健康状态可以为电动汽车退役电池提供多维分选依据，从而提高退役电池再成组一致性，同时延长梯次利用阶段使用寿命。锂电池内部健康状态主要是指电池内部活性材料及电解液性能的变化，对于两节余能相近的退役电池，其内部健康状态也会存在差异。
[0003]目前，国内外学者经常采用电池伪二维(Pseudo Two
‑
Dimensional，P2D)模型进行锂电池充/放电特性模拟，通过提取P2D模型中表征电池内部健康状态特征参数的方法来诊断电池内部健康状态。然而，由于P2D模型存在高阶、非线性、参数耦合等问题，对特征参数的有效在线提取存在很大困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，利用帕德近似原理分别对P2D模型中的液相扩散过程和固相扩散过程进行简化，得到锂离子固相浓度简化模型和液相浓度简化模型；步骤S2，分别对所述锂离子固相浓度简化模型和所述液相浓度简化模型的机理行为进行数学解耦与简化表征，以建立用于诊断退役电池的微观健康特征参数的电池简化模型，其中，所述微观健康特征参数包括负极容量Q
n
、表征锂离子在电极活性材料中扩散能力表征电解液中锂离子的扩散能力表征电解液浓度以及表征锂离子损失量的集总欧姆内阻P
ohm
；步骤S3，将预设时间段的恒流充电测试数据输入容量损失机理模型中，提取所述负极容量Q
n
，并将所述负极容量Q
n
的辨识结果代入容量损失机理模型中，得到负极电势U
ocv,n
，并生成负极电势曲线；步骤S4，利用所述锂离子固相浓度简化模型生成固相负极电势曲线，将所述固相负极电势曲线和所述负极电势曲线进行拟合，以对所述表征锂离子在电极活性材料中扩散能力进行提取；步骤S5，将所述负极容量Q
n
、所述表征锂离子在电极活性材料中扩散能力P
Ds,n
及所述表征锂离子损失量的集总欧姆内阻P
ohm
代入所述电池简化模型中，基于所述液相浓度简化模型提取所述表征电解液中锂离子的扩散能力P
De
与所述表征电解液浓度步骤S6，利用非线性拟合优化算法对所述负极容量Q
n
、所述表征锂离子在电极活性材料中扩散能力所述表征电解液中锂离子的扩散能力和所述表征电解液浓度进行优化；步骤S7，迭代执行所述步骤S3至步骤S6，直至达到预设要求，利用多个时间段的优化后的Q
n
、P
De
及对待测退役电池内部负极活性材料及电解液的健康状态进行诊断。2.根据权利要求1所述的基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S101，利用菲克扩散第二定律建立所述P2D模型中锂离子的初始固相扩散过程和初始液相扩散过程；步骤S102，建立所述P2D模型中固相扩散过程的第一边界条件和液相扩散过程的第二边界条件；步骤S103，基于所述固相扩散过程的第一边界条件，利用帕德近似对所述初始固相扩散过程进行降阶简化，得到活性材料粒子表面浓度与负载电流间的标准传递函数；基于所述液相扩散过程的第二边界条件，利用帕德近似对所述初始液相扩散过程的正负极进行降阶简化，得到正负极集流体处的液相浓度传递函数；步骤S104，再利用帕德近似法分别对所述标准传递函数和所述液相浓度传递函数进行简化，分别得到正、负电极活性材料粒子表面的锂离子固相浓度简化模型和正、负极集流体处的液相浓度简化模型。3.根据权利要求2所述的基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法，其特征在于，所述锂离子固相浓度简化模型为：
其中，C
surf,p
为正极材料活性粒子表面浓度，I
L
为负载电流，A为电极极板面积，L
p
为正极材料厚度，ε
p
为正极材料体积分数，F为法拉第常数，R
p
为正极材料活性粒子半径长度，D
s,p
为正极锂离子固相扩散系数，C
surf,n
为负极材料活性粒子表面浓度，L
n
为负极材料厚度，ε
n
为负极材料体积分数，R
n
为负极材料活性粒子半径长度，D
s,n
为负极锂离子固相扩散系数。4.根据权利要求2所述的基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法，其特征在于，所述液相浓度简化模型为：其中，C
e
(s)为液相锂离子浓度，I
L
为负载电流，为锂离子在电解液中的传递荷数，F为法拉第常数，A为电极极板面积，L
n
为负极材料厚度，ε
e
为液相体积分数，L
s
为隔膜厚度，L
p
为正极材料厚度，D
e
为液相扩散系数，x＝0为负极集流体处，x＝L
c
为正极集流体处。5.根据权利要求1所述的基于简化P2D模型的电池内部健康状态诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S201，根据正、负极容量定义确定电极容量与活性粒子体积分数间的数学关系；步骤S202，基于所述电极容量与活性粒子体积分数间的数学关系将所述锂离子固相浓度简化模型进行转换，以建立表征负极活性材料性能变化的微观健康特征，分别为所述负极容量Q
n
和所述表征锂离子在电极活性材料中扩散能力步骤S203，根据电池设计参数对所述液相浓度简化模型的液相参数进行简化；步骤S204，基于简化后的液相参数建立表征电解液性能变化的微观健康特征，分别为所述表征电解液中锂离子的扩散能力和所述表征电解液浓度步骤S205，将所述P2D模型中除负极活性材料及电解液性能的健康特征参数外的物理化学过程统一近似为欧姆过电势，并集总为所述表征锂离子损失量的集总欧姆内阻P
ohm
；步骤S20...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳宁，周星健，姜金海，朱春波，宋凯，逯仁贵，董帅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：