一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法，步骤包括：首先构建锂电池组三维数字化模型；基于电池剩余容量，开展电池单体着色高度可视化设计；通过健康状态分区域设计和颜色选择，计算各区域颜色渐变规则，确定健康状态可视化模式及各电池颜色，完成电池健康状态颜色可视化设计；构建电池组健康状态模型，开展电池组健康状态可视化设计，包括高度设计与颜色表达设计；最后完成锂电池剩余容量及健康状态云图的绘制与显示。本发明专利技术为锂电池组的健康状态分析与评估结果提供了一种表现形式，能够清晰明了地表达电池组内单体的不一致性、容量衰减情况及健康状态。基于此，工程师能够系统地评估锂电池组性能状态，快速识别电池组内的薄弱单体，为电池组工作全寿命周期的维护保障提供指导，从而更好地进行电池管理。好地进行电池管理。好地进行电池管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法
所属

[0001]本专利技术涉及锂离子动力电池(以下简称锂电池)性能监测过程中，一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法。该方法在锂电池三维物理模型数字化、可视化技术基础上，实现了锂电池容量衰减及健康状态退化的可视化表达。本专利技术属于锂电池计算机辅助设计领域。

技术介绍

[0002]锂电池由于其较好的结构稳定性和热稳定性，作为动力电池广泛地应用在各大领域。从20世纪50年代的CAD/CAM软件工具在产品设计中的应用，到1995年数字化电池装备部队的提出，数字化技术已广泛应用在锂电池的工程设计中。近年来，在数字经济的推动下，锂电池组三维纳米化(3D
‑
nano)技术、数字化设计研发等发展保证了电池产品的安全性的同时提升了电池的高性能。在信息可视化方面，断面实时观察技术、数字体积相关(DVC)技术等逐渐应用在锂电池的性能参数信息的研究。除此之外，锂电池系统的温度场分布、电场分布、化学场分布以及流场分布等信息在工程设计中可以通过有限单元法(FEM)、有限差分法(FDM)等技术在计算机软件中开展仿真分析计算，计算结果可以通过颜色等可视化方法进行表征。
[0003]通过对锂电池组进行三维建模、热分析、电化学分析以及流分析等，能够较好地开展其退化机理以及健康状态研究。然而相比于计算机软件中仿真分析计算结果可视化表征，锂电池组的性能参数现有的可视化表达较少，目前较多的应用是对于剩余电量。健康状态作为表征当前电池整体相对于新电池整体存储电能的能力，是衡量其性能的主要参数，目前并没有关于锂电池组健康状态的明确定义，并且存在可视化不强，与产品设计、使用的状态和过程结合不紧密等缺点。鉴于锂电池组在其使用阶段存在容量衰减和健康状态退化等特点，因此，有必要提出一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了实现锂电池性能的可视化，提出一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法。该方法基于三维物理模型可视化方法，通过特定地颜色、高度和模型表达锂电池容量衰减和健康状态退化的特点，构建锂电池组健康状态云图。本专利主要针对锂电池容量及健康状态(包括电池单体剩余容量、电池单体健康状态、电池组健康状态等参数信息)进行可视化设计，并将可视化云图结果显示在监测系统中，主要包含以下步骤：
[0005]步骤1：锂电池组三维数字化模型构建。
[0006]根据锂电池组的几何结构，构建三维锂电池组CAD模型，包括多个锂电池单体和电池组壳体区域。进行CAD模型构建时，电池组系统组成部分和组内单体结构构成均可进行简化。为了便于显示，对于不规则的部分忽略不计，电池组壳体按照电池排列而成的形状进行简化，应包覆全部电池单体；电池单体根据其物理形状和实际尺寸简化为圆柱形或方形进
行构建。
[0007]步骤2：电池剩余容量高度可视化设计。
[0008]对电池组内单体进行编号，即为{C
i
|i＝1,2,3,...,n}，其中n表示电池组由n个单体构成。基于着色高度模式，用不同电池组内单体数字化模型着色高度来表达并区分不同剩余容量的电池单体。着色高度计算公式如下：
[0009]h
i
＝C
i
*h/C
nom
[0010]其中h表示电池单体几何模型高度。
[0011]步骤3：电池健康状态颜色可视化设计。
[0012]锂电池组健康状态表征的是当前电池整体相对于新电池整体存储电能的能力。根据工程应用场景，分区域进行电池健康状态定义及可视化设计。如：将0.95＜SoH≤1定义其健康状态为优，将0.9＜SoH≤0.95定义其健康状态为良，将0.85＜SoH≤0.9定义其健康状态为中，将0.8＜SoH≤0.85定义其健康状态为合格，将SoH＜0.8定义该电池单体失效。
[0013]基于电池组内单体剩余容量数据{C
i
|i＝1,2,3,...,n}，计算各电池单体的健康状态，计算公式如下：
[0014]SoH
i
＝C
i
/C
nom
[0015]其中，C
nom
为电池单体的初始额定容量。按照电池组内单体顺序进行排列，其健康状态记为{SoH
i
|i＝1,2,3,...,n}，其中，0≤SoH
i
≤1。
[0016]根据健康状态区域划分，选择若干种不同颜色来表达相对应的各个区域的健康状态。计算各个健康状态区域着色颜色之间的渐变规则，如：RGB值。基于获得的锂电池组内单体SoH，确定电池单体健康状态可视化模式，用颜色之间的渐变来表达并进一步区分锂电池组内同一状态区域不同健康状态的电池单体。
[0017]步骤4：电池组健康状态模型构建。
[0018]基于单体剩余容量和串并联模型构建锂电池组健康状态计算公式。根据应用场景采用不同的准则，在没有电量均衡的情况下采用“短板效应”原理，用SOH最差的电池单体作为电池组的SOH；在考虑电量均衡的情况下采用以下准则：在串联电路中，锂电池组的健康状态取决于较差的单元；在并联电路中，则取决于各个单元的综合性能，具体计算公式如下：
[0019][0020]结合电池组内单体剩余容量数据{C
i
|i＝1,2,3,...,n}，计算获得锂电池组的健康状态。其中，0≤SoH
LIBPs
≤1。
[0021]步骤5：电池组健康状态可视化设计。
[0022]电池组健康状态可视化设计包括高度设计与颜色表达设计。根据锂电池组的健康状态，结合步骤2，计算高度可视化参数，用于电池组壳体区域的高度绘制；此外，基于步骤3中各个健康状态区域着色颜色的渐变规则，确定锂电池组健康状态可视化模式和颜色，用于电池组壳体区域的颜色表达。
[0023]步骤6：绘制锂电池组健康状态云图。
[0024]完成上述可视化设计后，通过获取锂电池组内部各电池单体的剩余容量信息，分别绘制三维电池单体剩余容量云图、三维电池单体健康状态和电池组健康状态云图，最后将各类信息云图集成在锂电池组CAD三维模型图中。
[0025]将锂电池剩余容量及健康状态云图应用在监测系统可视化平台中，同时根据信息显示原则，该平台还集成了使用阶段锂电池组局部运行采集数据。
[0026]本专利技术通过以上步骤，给出了一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法。
[0027]本专利技术的优异效果是：此健康状态云图构建方法为锂电池组的健康状态分析与评估结果提供了一种表现形式。不仅能够很好地解决传统性能参数表达形式中的缺点和问题，还能够清晰明了地表达电池组内单体的不一致性、容量衰减情况及健康状态。在锂电池组作为动力电池使用过程中，工程师能够通过此健康状态云图的显示，系统地评估锂电池组性能状态，快速识别电池组内的薄弱单体，为电池组工作全寿命周期的维护保障提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法，其特征在于：本专利主要针对锂电池容量及健康状态进行可视化设计，包括电池单体剩余容量、电池单体健康状态、电池组健康状态参数信息，主要包含以下步骤：步骤1：锂电池组三维数字化模型构建；步骤2：电池剩余容量高度可视化设计；步骤3：电池健康状态颜色可视化设计；步骤4：电池组健康状态模型构建；步骤5：电池组健康状态可视化设计；步骤6：绘制锂电池组健康状态云图；通过以上步骤，给出了一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法。2.根据权利要求1所述的一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法，其特征在于：所述步骤1中，根据锂电池组的几何结构，构建三维锂电池组CAD模型，包括多个锂电池单体和电池组壳体区域。进行CAD模型构建时，电池组系统组成部分和组内单体结构构成均可进行简化。为了便于显示，对于不规则的部分忽略不计，电池组壳体按照电池排列而成的形状进行简化，应包覆全部电池单体；电池单体根据其物理形状和实际尺寸简化为圆柱形或方形进行构建。3.根据权利要求1所述的一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法，其特征在于：所述步骤2中，对电池组内单体进行编号，即为{C
i
|i＝1,2,3,...,n}，其中n表示电池组由n个单体构成。基于着色高度模式，用不同电池组内单体数字化模型着色高度来表达并区分不同剩余容量的电池单体。着色高度计算公式如下：h
i
＝C
i
*h/C
nom
其中h表示电池单体几何模型高度。4.根据权利要求1所述的一种基于三维数字化模型的锂电池组健康状态可视化方法，其特征在于：所述步骤3中，锂电池组健康状态表征的是当前电池整体相对于新电池整体存储电能的能力。根据工程应用场景，分区域进行电池健康状态定义及可视化设计。如：将0.95＜SoH≤1定义其健康状态为优，将0.9＜SoH≤0.95定义其健康状态为良，将0.85＜SoH≤0.9定义其健康状态为中，将0.8＜SoH≤0.85定义其健康状态为合格，将SoH＜0.8定义该电池单体失效。基于电池组内单体剩余容量数据{C
i
|i＝1,2,3,...,n}，计算各电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏权，任羿，杨德真，王自力，孙博，冯强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：