一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法及系统与流程

技术特征：
1.一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述方法应用于多个电芯串并联构成的电池组的电
‑
热
‑
老化状态联合仿真，所述方法包括：设置锂离子电池组参数与初始状态、充放电工况参数以及仿真过程控制参数，并将当前时刻的计数器置零，所述仿真过程控制参数包括：仿真总步数n
max
、热
‑
电气步长比n
h2e
和老化
‑
电气步长比n
a2e
，所述计数器包括：电气仿真步数指示器、热仿真定时器、老化仿真定时器；根据锂离子电池组参数、当前状态和充放电工况参数，采用节点电压法进行锂离子电池组电气网络分析，获取锂离子电池组内所有电芯的充放电电流；根据电芯的充放电电流更新电芯电气状态，并计算电
‑
热耦合接口变量累积值和电
‑
老化耦合接口变量累积值；判断热仿真定时器的计数值n
h
是否达到热
‑
电气步长比n
h2e
；如果是，采用节点温度法进行锂离子电池组热网络分析，更新各电芯的热状态，并计算热
‑
电耦合接口变量和热
‑
老化耦合接口变量累积值；判断老化仿真定时器的计数值n
a
是否达到老化
‑
电气步长比n
a2e
；如果是，更新各电芯老化状态，并计算老化
‑
电耦合接口变量；判断电气仿真步数指示器的计数值n
e
是否达到仿真总步数n
max
；如果是，结束仿真；如果否，所有计数器计数值增加1，并根据下一时刻锂离子电池组参数、下一时刻状态和充放电工况参数，采用节点电压法进行锂离子电池组电气网络分析，获取锂离子电池组内所有电芯的充放电电流，进入下一时刻仿真。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述设置锂离子电池组参数与初始状态，包括：设置用于描述锂离子电池组内电芯串并联关系的拓扑结构参数；设置分别用于描述锂离子电池组内各电芯电气特性、热特性以及老化特性的电芯电气模型参数、热参数及老化参数，所述电芯电气模型参数、热参数及老化参数分别与仿真采用的电芯电气模型、热模型和老化模型相匹配；设置用于描述锂离子电池组内散热系统特性的散热系统参数，所述散热系统参数与仿真采用的散热系统模型相匹配；设置描述电芯电气特性、热特性以及老化特性当前状态的状态变量初始值，所述电气特性、热特性以及老化特性的状态变量分别与仿真采用的电芯电气模型、热模型、老化模型相匹配。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述设置锂离子电池组充放电工况参数，包括：设置用于描述锂离子电池组充放电工况的时间
‑
电压/电流/功率二元表；设置用于描述锂离子电池组环境温度的时间
‑
温度二元表。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述根据锂离子电池组参数、当前状态和充放电工况参数，采用节点电压法进行锂离子电池组电气网络分析，获取锂离子电池组内所有电芯的充放电电流，包括：根据锂离子电池组的时间
‑
电压/电流/功率二元表和当前的仿真时刻，利用插值法计
算当前时刻锂离子电池组的充放电电流；根据锂离子电池组各电芯电气模型参数、热
‑
电耦合接口变量以及老化
‑
电耦合接口变量，利用插值法计算各电芯当前时刻的电气模型参数；根据各电芯当前时刻的电气模型参数及电气状态，构建对应的等值注入电流源模型，计算得出注入电流及并联导纳；根据各电芯等值注入电流源模型及锂离子电池组的充放电电流，建立支路导纳矩阵g
b
和支路电流向量i
b
；根据电池组内电芯的拓扑结构，建立用于描述节点
‑
支路连接关系的关联矩阵a；根据关联矩阵a和支路导纳矩阵g
b
，计算节点导纳矩阵y，并根据关联矩阵a和支路电流向量i
b
计算注入电流向量i
s
，计算公式为y＝a
·
g
b
·
a
t
,i
s
＝a
·
i
b
；利用公式u
n
＝y
‑1i
s
，计算得出锂离子电池组各节点电压u
n
；根据各节点电压u
n
以及支路关联矩阵a，利用公式u
b
＝a
t
u
n
计算得出各支路电压u
b
；根据各支路电压、电芯电气模型参数及电气状态，计算电池组各电芯的充放电电流。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述根据电芯的充放电电流更新电芯电气状态，并计算电
‑
热耦合接口变量累积值和电
‑
老化耦合接口变量累积值，包括：以电芯充放电电流为输入，调用各电芯电气模型更新一个电气仿真步后电芯的电气状态；根据各电芯的电气模型状态变量和电气工况，计算电
‑
热耦合接口变量，并累加至对应的电
‑
热耦合接口变量累积值；根据各电芯的电气模型状态变量和电气工况，计算电
‑
老化耦合接口变量，并累加至对应的电
‑
老化耦合接口变量累积值。6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述采用节点温度法进行锂离子电池组热网络分析，更新各电芯的热状态，并计算热
‑
电耦合接口变量和热
‑
老化耦合接口变量累积值，包括：根据锂离子电池组的时间
‑
温度二元表和当前的仿真时刻，利用插值法计算得出当前时刻锂离子电池组所处的环境温度；根据各电芯的电
‑
热耦合接口变量累积值与热
‑
电气步长比的比值，计算得出各电芯的电
‑
热耦合接口变量平均值；根据锂离子电池组的散热系统参数和各电芯的位置分布，计算各电芯的热模型参数；根据各电芯在散热路径上的分布和电芯热模型，构建锂离子电池组的热网络模型；根据所述热网络模型，采用节点温度法计算各电芯散热功率；以各电芯的电
‑
热耦合接口变量平均值和散热功率为输入，调用电芯热模型依次更新各电芯一个热仿真步后的热状态；根据各电芯的热状态，计算热
‑
电耦合接口变量；根据各电芯的热状态，计算热
‑
老化耦合接口变量，并累加至对应的热
‑
老化耦合接口变量累积值；置零电芯的电
‑
热耦合接口变量累积值以及热仿真定时器。7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所
述更新各电芯老化状态，并计算老化
‑
电耦合接口变量，包括：根据各电芯的电
‑
老化耦合接口变量累积值与老化
‑
电气步长比的比值，计算得出各电芯的电
‑
老化耦合接口变量平均值；利用公式：利用公式：计算得出各电芯的热
‑
老化耦合接口变量平均值；以各电芯的电
‑
老化耦合接口变量平均值及热
‑
老化耦合接口变量平均值为输入，调用电芯老化模型依次更新各电芯一个老化仿真步后的老化状态；根据各电芯的老化状态，计算老化
‑
电耦合接口变量；置零各电芯的电
‑
老化耦合接口变量累积值、热
‑
老化耦合接口变量累积值以及老化仿真定时器。8.根据权利要求2所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，所述电芯电气模型为等值电路模型，所述电芯热模型为集总参数热模型，所述电芯老化模型为半经验老化模型。9.根据权利要求1
‑
8中任一所述的一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法，其特征在于，更新各电芯老化状态，并计算老化
‑
电接口变量之后，所述方法还包括：根据设定的待记录变量，记录选定的仿真变量。10.一种锂离子电池组运行状态的数值模拟系统，其特征在于，所述系统应用于多个电芯串并联构成的电池组的电
‑
热
‑
老化状态联合仿真，所述系统包括：仿真设置模块，用于设置锂离子电池组参数与初始状态、充放电工况参数以及仿真过程控制参数，并将当前时刻的计数器置零，所述仿真过程控制参数包括：仿真总步数n
max
、热
‑
电气步长比n
h2e
和老化
‑
电气步长比n
a2e
，所述计数器包括：电气仿真步数指示器、热仿真定时器、老化仿真定时器；电气网络分析模块，用于根据锂离子电池组参数、当前状态和充放电工况参数，采用节点电压法进行锂离子电池组电气网络分析，获取锂离子电池组内所有电芯的充放电电流；电气状态和耦合接口变量更新模块，用于根据电芯的充放电电流更新电芯电气状态，并计算电
‑
热耦合接口变量累积值和电
‑
老化耦合接口变量累积值；第一判断模块，用于判断热仿真定时器的计数值n
h
是否达到热
‑
电气步长比n
h2e
，如果是，更新各电芯的热状态，否则，不更新各电芯的热状态；热网络分析模块，用于采用节点温度法进行锂离子电池组热网络分析，更新各电芯的热状态，并计算热
‑
电耦合接口变量和热
‑
老化耦合接口变量累积值；第二判断模块，用于判断老化仿真定时器的计数值n
a
是否达到老化
‑
电气步长比n
a2e
，如果是，更新各电芯老化状态，否则，不更新各电芯老化状态；老化分析模块，用于根据更新后各电芯的老化状态，计算老化
‑
电耦合接口变量；第三判断模块，用于判断电气仿真步数指示器的计数值n
e
是否达到仿真总步数n
max
，如果是，结束仿真，如果否，所有计数器计数值增加1，并重新启动电气网络分析模块，进入下一时刻仿真。

技术总结
本申请公开了一种锂离子电池组运行状态的数值模拟方法及系统，该方法包括：仿真设置，电池组电气网络分析；更新电芯电气状态并计算相关接口变量累积值；热仿真定时器达到热


技术研发人员：施啸寒 李杰 张恒旭 王晓磊 石淼岩 李泽宇 周博曦 吴晓庆 路致远 贺存哲
受保护的技术使用者：华能山东发电有限公司
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/19