锂离子电池二维局部SOC分布式评估方法及系统

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池二维局部soc分布式评估方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、电池管理系统（battery management system, bms）负责对电池的状态进行实时监控与估计，其中荷电状态（state of charge, soc）是评估电池实时电量，保证电池安全运行的最核心参数。

3、现有的电池管理系统大多采用一维数据来实现电池状态评估，忽略了电池使用过程中内部多种反应的不均匀性。在实际的大容量锂离子电池内部，由于电极涂布厚度不均、极耳非对称排布以及局部温度梯度等因素的存在，电化学反应通常表现出极强的空间异质性。尤其在大倍率快充工况下，局部区域会因为电流密度集中而产生严重的电化学极化与焦耳热，导致该区域的局部soc高于整体平均水平，进而极易诱发局部形变、析锂、微短路甚至热失控。传统的bms仅能依靠电池外部的端电压、总电流进行数据采集，这些基于全局标量电化学信号的传统方法，只能估算出电池的全局平均soc，无法透视电池内部真实的二维局部soc不均匀分布，无法真实反映电池的实时电量，进而无法保障保证电池安全运行。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池二维局部soc分布式评估方法及系统，其能够在不破坏电池结构的前提下，实时且准确地评估电池局部二维soc分布。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供了一种锂离子电池二维局部soc分布式评估方法。

4、在一个或多个实施例中，提供了一种锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，包括：

5、获取锂离子电池充放电过程中的二维表面应力时序数据矩阵及宏观充放电的全局电流数据；

6、基于全局电流数据，计算全局累积电量及热惯性延迟焦耳热；

7、将全局累积电量、热惯性延迟焦耳热以及常数偏置项为回归设计矩阵，以二维表面应力时序数据矩阵为观测变量，逐空间节点执行多元线性最小二乘解算，得到嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵；

8、对嵌锂敏感度系数矩阵进行正向归一化，引入非线性集中度控制因子进行放大局部极化对比度，随后再进行全局归一化，计算局部嵌锂概率矩阵；

9、利用动态空间极化强度系数融合全局平均荷电状态、局部嵌锂概率矩阵及其空间均值，重构得到具有真实物理意义的二维局部soc分布矩阵；

10、其中，动态空间极化强度系数的计算过程为：

11、提取锂离子电池历史充放电过程中的二维表面应力最大应力极差，并结合预设的极限极化差物理阈值，确定量纲转换系数；

12、提取任意时刻实测的二维表面应力极差，并基于嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵，剥离出单纯由嵌锂体积变化主导的应力分量占比，再将其与量纲转换系数相乘，得到动态空间极化强度系数。

13、本发明的第二个方面提供了一种锂离子电池二维局部soc分布式评估系统。

14、在一个或多个实施例中，一种锂离子电池二维局部soc分布式评估系统，包括：

15、充放电数据获取模块，其用于获取锂离子电池充放电过程中的二维表面应力时序数据矩阵及宏观充放电的全局电流数据；

16、电量及焦耳热计算模块，其用于基于全局电流数据，计算全局累积电量及热惯性延迟焦耳热；

17、敏感度系数计算模块，其用于将全局累积电量、热惯性延迟焦耳热以及常数偏置项为回归设计矩阵，以二维表面应力时序数据矩阵为观测变量，逐空间节点执行多元线性最小二乘解算，得到嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵；

18、局部嵌锂概率矩阵计算模块，其用于对嵌锂敏感度系数矩阵进行正向归一化，引入非线性集中度控制因子进行放大局部极化对比度，随后再进行全局归一化，计算局部嵌锂概率矩阵；

19、二维局部soc分布矩阵重构模块，其用于利用动态空间极化强度系数融合全局平均荷电状态、局部嵌锂概率矩阵及其空间均值，重构得到具有真实物理意义的二维局部soc分布矩阵；

20、其中，动态空间极化强度系数的计算过程为：

21、提取锂离子电池历史充放电过程中的二维表面应力最大应力极差，并结合预设的极限极化差物理阈值，确定量纲转换系数；

22、提取任意时刻实测的二维表面应力极差，并基于嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵，剥离出单纯由嵌锂体积变化主导的应力分量占比，再将其与量纲转换系数相乘，得到动态空间极化强度系数。

23、本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。

24、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法中的步骤。

25、本发明的第四个方面提供一种电子设备。

26、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法中的步骤。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明将全局累积电量、热惯性延迟焦耳热以及常数偏置项为回归设计矩阵，以二维表面应力时序数据矩阵为观测变量，逐空间节点执行多元线性最小二乘解算出嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵，引入非线性集中度控制因子及归一化处理嵌锂敏感度系数矩阵，得到局部嵌锂概率矩阵，最后利用动态空间极化强度系数融合全局平均荷电状态、局部嵌锂概率矩阵及其空间均值，重构得到具有真实物理意义的二维局部soc分布矩阵，使得锂离子电池二维局部soc分布式评估方法具有计算复杂度低、物理机制明确、易于在线部署等优点，可应用于动力电池局部状态监测、局部健康状态评估、早期微短路诊断及安全快充控制等领域。

1.一种锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，局部嵌锂概率矩阵的表达式为：

3.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，量纲转换系数的计算公式为：

4.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，单纯由嵌锂体积变化主导的应力分量占比为：

5.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，重构得到的具有真实物理意义的二维局部soc分布矩阵为：

6.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，全局累积电量、热惯性延迟焦耳热以及常数偏置项与嵌锂敏感度系数矩阵及电流热极化敏感度系数矩阵之间的关系为：

7.如权利要求1所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，其特征在于，对全局电流数据进行时间维度积分，得到全局累积电量，以表征缓慢累积的化学膨胀驱动力；同时基于电流平方项并耦合离散一阶传热延迟系统，构建热惯性延迟焦耳热，以表征具有热迟滞特征的热膨胀驱动力。

8.一种锂离子电池二维局部soc分布式评估系统，其特征在于，基于如权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法中的步骤。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池二维局部soc分布式评估方法中的步骤。