【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力电池，尤其是涉及一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法。
技术介绍
1、动力电池是保证设备运行的关键部件，电池状态对设备续航至关重要。电池在使用过程中会发生不可避免地老化，造成容量衰减，影响电池寿命。电池老化是一个复杂的电化学过程，受内部衰减机理(例如sei膜形成、析锂、电极颗粒破裂、结构无序等)和操作条件(例如循环时间、环境温度和负载条件)的影响。
2、部分使用电池作为动力源的设备造价高昂，且工作环境复杂，不具备拆卸电池进行检测的条件，但这些设备需要获得尽可能长的使用时间，也需要获知电池使用极限，在确切的安全使用极限前及时更换。例如，在航空航天领域，空间探测器等设备在空间服役期间无法直接进行检修维护，一旦电池出现故障或达到失效阈值而无法供电，会导致整个空间设备失去动力而无法运行，造成极大的损失。对于未来体量巨大的智能汽车，需要更精确的电池状态信息来实现更准确的电池控制，提高电池性能，延长使用寿命，然而更详细的电池内部微观信息需要拆解电池才能获得，这会使电池失去使用价值。
3、这些实际可能出现的场景对锂离子电池状态的遥测和评估提出了挑战。当前的挑战在于电池状况评估的困难，无法准确预测电池的寿命和性能下降趋势。当电池失效时，它可能会导致整个设备的失效，而这些设备通常具有昂贵的制造成本，因此带来巨大的经济损失。现有技术中，数字孪生是解决这一问题的一种解决方案。公开号为cn 111581850 a的中国专利公开了一种应用数字孪生技术的全周期动力电池管理系统，该专利技术通过数字孪生的技术
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，本专利技术通过构造一种与远端不能拆卸的电池完全一致的实体电池，通过多种手段对近端实体电池进行表征，根据表征结果评估远端电池的健康情况，并基于不同的健康情况进行不同的管理，以此来实现对远端电池的管理。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术公开了一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，包括以下步骤：
4、步骤1、将实际使用的电池称为远端电池，采集远端电池的运行数据，在实验室建立与远端电池状态一致的电池作为物理孪生电池，称为近端电池；
5、步骤2、根据近端电池的状态，定期对近端电池标定容量，并采用多尺度手段对近端电池进行表征；
6、步骤3、基于近端电池的容量和表征结果预测远端电池寿命，并综合近端电池的容量、表征结果和远端电池的预测寿命评估远端电池的健康情况；
7、步骤4、根据远端电池的健康状况，调整对远端电池的管理策略。
8、进一步地，步骤1中所述采集远端电池的运行数据包括：电流、电压和温度数据。
9、进一步地，步骤2中所述对近端电池标定容量通过对近端电池充放电实现。
10、进一步地，步骤2中所述采用多尺度手段对近端电池进行表征包括对近端电池的材料、电极和单体进行表征；其中，多尺度手段包括：全电池和半电池的电化学测试、电极材料成分及结构表征、正负极片微观结构成像。
11、进一步地，步骤2所述表征结果包括：
12、电化学表征结果：eis、ic/dv曲线；
13、电极材料成分及结构表征分析结果：eds、xps、xrd图像；
14、微观结构成像结果：电镜、sem、nano ct、fib-sem的2d和3d图像。
15、进一步地，步骤3中所述预测远端电池寿命包括采取特征曲线拟合和深度学习方法预测远端电池寿命。
16、进一步地，引入一个表征电池状态的物理量：基于电池外特性的电池健康状态soh，公式如下：
17、
18、其中，cact为动力电池从充满状态下以一定倍率放电到截止电压所放出的容量，cnom为标称容量，soh定义为cact与cnom之间的比。
19、进一步地，综合soh、近端电池的容量、表征结果和远端电池的预测寿命评估远端电池的健康情况。
20、进一步地，步骤4中所述远端电池的管理策略包括充放电策略和电池更换策略。
21、进一步地，远端电池包括安装在设备上不可及时拆卸检测的电池。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、(1)本专利技术通过对近端孪生电池的测试分析实现对远端动力电池系统的健康管理，提高电池系统的可靠性和性能，降低因电池失效而导致的关键设备故障风险和经济损失。
24、(2)本专利技术通过将远端电池的运行数据传输到实验室，能够准确获取远端电池的实际使用情况，由此设计与远端电池使用情况一致的近端电池，更能反映真实远端电池的情况。
25、(3)本专利技术通过多空间尺度表征，除电池单体外特性的原位/非原位表征外，还进行了电极结构层级的原位/非原位表征，由此提取到更多特征用于寿命预测。
26、(4)本专利技术对电池健康情况的评估不局限于soh，而是综合考虑电池当前容量和多尺度手段表征结果以及电池寿命预测结果得到的综合指标，具有更为准确的评估效果。
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1.一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤1中所述采集远端电池的运行数据包括：电流、电压和温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2中所述对近端电池标定容量通过对近端电池充放电实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2中所述采用多尺度手段对近端电池进行表征包括对近端电池的材料、电极和单体进行表征；其中，多尺度手段包括：全电池和半电池的电化学测试、电极材料成分及结构表征、正负极片微观结构成像。
5.根据权利要求4所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2所述表征结果包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤3中所述预测远端电池寿命包括采取特征曲线拟合和深度学习方法预测远端电池寿命。
7.根据
8.根据权利要求7所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，综合SOH、近端电池的容量、表征结果和远端电池的预测寿命评估远端电池的健康情况。
9.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤4中所述远端电池的管理策略包括充放电策略和电池更换策略。
10.根据上述任一权利要求所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，远端电池包括安装在设备上不可及时拆卸检测的电池。
...【技术特征摘要】
1.一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤1中所述采集远端电池的运行数据包括：电流、电压和温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2中所述对近端电池标定容量通过对近端电池充放电实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2中所述采用多尺度手段对近端电池进行表征包括对近端电池的材料、电极和单体进行表征；其中，多尺度手段包括：全电池和半电池的电化学测试、电极材料成分及结构表征、正负极片微观结构成像。
5.根据权利要求4所述的一种基于物理孪生电池设计的动力电池健康管理方法，其特征在于，步骤2所述表征结果包括：
6.根据权...
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