电池电性能的计算方法与流程

1.本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池电性能的计算方法。


背景技术：

2.在研发电池过程中，需要了解电池的物理参数、状态参数和电池电性能的关系。现有的方式主要包括两种，实验测试和仿真计算。通过实验测试时，如果需要知道某一参数变量值对应的电性能值，需要针对该参数变量值进行一次实验。对于同一参数变量的多个不同值，就需要针对每一值进行一次实验，以获取对应的电性能值。该方式需要花费大量的人力、物力、时间，其研究成本高。通过仿真计算时，先仿真建模，利用模型设置不同的参数值，进行计算，获取对应的电性能值。针对每一参数值，都需要进行一轮大量的计算，该方式与实验测试相比，能够节约成本，但同样效率低，不利于产品研发。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种电池电性能的计算方法，该方法能够实现快速计算某一工况下不同参数值对应的电性能值，提高效率，降低成本。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电池电性能的计算方法，包括以下步骤：在预设工况下，获取目标电池某一电性能的多组数据，每组数据中包括一电性能值和一参数变量值；基于多组数据，绘制关于电性能和参数变量的曲线；基于曲线，得到预设工况下关于电性能和参数变量的代数拟合式；基于代数拟合式，计算在预设工况下，每一参数变量值对应的电性能值。
5.其中，所述目标电池为通过仿真方式设计的电池或实际生产的电池。
6.通过获取少量的几组数据，由几组数据绘制曲线，并根据曲线得到代数拟合式。得到的该代数拟合式即为参数变量与电性能间的对应关系，利用代数拟合式可快速计算某一工况下的电性能表征，不再需要对每一参数值进行三维仿真或实验测试，大大提高了计算效率。
7.除使每组数据中包括一电性能值和一参数变量值外，还可使每组数据中包括一电性能值和n个参数变量值，由此计算一电性能值和多个参数变量值之间的关系。其中，n为小于等于三的正整数。
8.当n=1时，基于多组数据，绘制得到关于一电性能和一参数变量的曲线，所述代数拟合式为一元代数式。
9.当n=2时，基于多组数据，绘制得到关于一电性能和两个参数变量的曲面，所述代数拟合式为二元代数式。
10.当n=3时，基于多组数据，绘制得到关于一电性能和三个参数变量的空间体，所述代数拟合式为三元代数式。
11.优选地，在预设工况下，获取目标电池某一电性能的多组数据，每组数据中包括一电性能值和n个参数变量值，包括：运用三维仿真，建立关于目标电池的电性能模型；基于电性能模型，经仿真计算获得关于目标电池的n个参数变量和一电性能相对应的多组测试数据；基于多组测试数据，校核电性能模型，获得标准模型；基于标准模型，在预设工况下，经仿真计算获得关于目标电池的n个参数变量和一电性能相对应的多组数据。
12.优选的，在预设工况下，获取目标电池某一电性能的多组数据，每组数据中包括一电性能值和n个参数变量值，包括：在预设工况下，经实验测试获取n个参数变量和一电性能相对应的多组数据。
13.通过三维仿真或实验测试获取多组数据时，数据的数量可根据变量个数确定，当变量增多时，通过增加数据量，以获得可靠的代数拟合式。
14.其中，所述电性能包括电池的电压，电流，功率，内阻。
15.所述参数变量包括电池的物理参数和状态参数；所述物理参数包括电池的正负极极片涂层厚度，电池结构设计尺寸，电池内材料的配比，所述状态参数包括电池充放电时长，电池荷电状态，电池温度，电池寿命状态。
16.通过数据处理软件或自编程序绘制关于电性能和参数变量的图形并获取代数拟合式，所述数据处理软件包括excel，matlab，minitab。
17.优选的，对于一个相同的参数变量；由每一工况获取一对应的曲线；由多个曲线拟合形成曲面；基于曲面，得到关于电性能和参数变量的代数拟合式；基于代数拟合式，计算任意工况下，参数变量值对应的电性能值。
18.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本技术中通过实验测试或三维仿真获取少量数据，由少量数据获得代数拟合式，通过代数拟合式，能够实现快速计算某一工况下不同参数值对应的电性能值，减少实验次数或仿真计算次数，从而提高计算效率，降低成本。
19.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例一中功率密度随电极涂层厚度变化曲线示意图；图2是本发明实施例二中端电压随使用时长变化曲线示意图；图3是本发明实施例三中直流内阻随荷电状态变化曲线示意图；
图4是本发明实施例四中直流内阻随温度变化曲线示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例一：一种电池电性能的计算方法，包括以下步骤：运用三维仿真，建立关于目标电池的电性能模型。
24.基于电性能模型，经仿真计算获得关于目标电池的电极涂层厚度和功率密度的多组测试数据，如获取十组测试数据。
25.基于多组测试数据，校核电性能模型，获得标准模型。
26.基于标准模型，设置在具有相同充电电流、电压的工况下，经仿真计算获得关于目标电池的电极涂层厚度和功率密度相对应的20组数据，具体数据如下表格一所示：表格一基于上述上述数据，利用excel，创建x轴为电极涂层厚度μm，y轴为功率密度w/kg的坐标系。参见图1所示，在坐标系中添加上述数据的散点，由散点拟合曲线，并生成该曲线的代数拟合式y=-3.2232x2 348.36x-7469.5。由该代数拟合式，可快速计算在与本实施例中具有相同充电电流、电压情况下，每一电极涂层厚度值对应的功率密度值。
27.可通过调整数据量，获得所需精度的代数拟合式。在精度要求较高的情况下，可增加仿真计算的次数，获得更多组数据。同理，在精度要求较低的情况下，可减少仿真计算的次数，从而提高计算效率。
28.实施例二：参见图2所示，一种电池电性能的计算方法，包括以下步骤：运用三维仿真，建立关于目标电池的电性能模型。
29.基于电性能模型，经仿真计算获得关于目标电池的使用时长和端电压的多组测试数据。
30.基于多组测试数据，校核电性能模型，获得标准模型。
31.基于标准模型，设置在具有相同充电电流、电压的工况下，经仿真计算获得关于目标电池的使用时长和端电压相对应的多组数据，具体数据如下表格二所示：
表格二基于上述多组数据，利用excel，创建x轴为使用时长s，y轴为端电压v的坐标系。在坐标系中添加上述数据的散点，由散点拟合曲线，并生成该曲线的代数拟合式y=-1e-13x4 7e-10x
3-2e-06x2 0.0012x 3.7396。由该代数拟合式，可快速计算在与本实施例中具有相同充电电流、电压情况下，每一使用时长值对应的端电压值。
32.实施例三：参见图3所示，一种电池电性能的计算方法，包括以下步骤：运用三维仿真，建立关于目标电池的电性能模型。
33.基于电性能模型，经仿真计算获得关于目标电池的多组测试数据。
34.基于多组测试数据，校核电性能模型，获得标准模型。
35.基于标准模型，设置在10s充电，温度为10℃时，经仿真计算获得关于soc（荷电状态）和dc-ir（直流内阻）相对应的多组数据，具体数据如下表格三所示：表格三基于上述多组数据，利用excel，创建x轴为soc，y轴为dc-ir(mω)的坐标系。在坐标系中添加上述数据的散点，由散点拟合曲线，并生成该曲线的代数拟合式y=-2.29x3 5.9404x
2-4.622x 2.9758。由该代数拟合式，可快速计算在10s充电，温度为10℃时，每一soc值对应的dc-ir值。
36.实施例四：参见图4所示，一种电池电性能的计算方法，包括以下步骤：运用三维仿真，建立关于目标电池的电性能模型。
37.基于电性能模型，经仿真计算获得关于目标电池的多组测试数据。
38.基于多组测试数据，校核电性能模型，获得标准模型。
39.基于标准模型，设置在10s充电，50%soc时，经仿真计算获得关于温度和dc-ir相对应的多组数据，具体数据如下表格四所示：表格四基于上述多组数据，利用excel，创建x轴为温度t，y轴为dc-ir(mω)的坐标系。在坐标系中添加上述数据的散点，由散点拟合曲线，并生成该曲线的代数拟合式y=-8e-05x3 0.0082x
2-0.227x 2.9112。由该代数拟合式，可快速计算在10s充电，50%soc时，每一温度值对应的dc-ir值。
40.除上述实施例中的参数变量和电性能，本技术的计算方法也适用于其他参数变量和电性能。在参数变量大于一个时，可利用matlab，minitab等数据处理软件绘制图形并生成代数拟合式。且在参数变量较多的情况下，可将参数变量按2-3个划分为一组，研究每组中参数变量和电性能的关系，便于计算，且提高生成的代数拟合式的精度。
41.本技术方法还可延伸至不同工况下，一参数变量和一电性能的对应关系。采用上述方法，由每一工况获取一对应的曲线。将z轴设置为工况条件，由多个曲线拟合形成曲面，基于曲面，得到关于电性能和参数变量的代数拟合式；基于代数拟合式，实现快速计算在任意工况下，参数变量值对应的电性能值。
42.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。