[发明专利]一种动力电池及其电池管理系统的闭环联合设计方法

说明书

一种动力电池及其电池管理系统的闭环联合设计方法，其利用大数据云并结合数字化建模环节和参数联合评价更新环节，实现了动力电池设计与电池管理系统设计有机结合的高质量闭环优化设计，通过未造先知方法，最终得到未测先知的电池。结合大数据云及电池设计参数形成完整的待设计电池的参数集，并对其进行模拟实验得到相匹配的电池特性响应，用于电池管理系统的建模与管理算法的开发，从而制造出性能指标和管理指标最优的数字化电池，并将其实体化以设计出性能好、管理好的“新电池”，达到为用之造的效果。

技术领域

本发明涉及动力电池以及电池管理系统设计方法技术领域，尤其涉及一种面向动力电池全生命周期的高质量设计以及相应管理系统的闭环设计优化方法。

背景技术

动力电池在实际应用中，其性能取决于动力电池的自身设计与相配合的电池管理系统性能两个方面。目前，动力电池设计环节主要致力于解决如何提高动力电池本体的能量密度、功率密度等性能指标，其直接决定动力电池本身的性能优劣，而对于动力电池的管理系统设计，则主要聚焦在提高动力电池状态估计精准性以及使用过程的高效性、安全性和耐久性，此设计环节决定了动力电池使用过程所能发挥的性能的优劣。现有技术中，上述两个设计环节之间是开环且相互独立的，动力电池管理系统设计环节往往都是在动力电池设计环节之后，面向已经设计好的动力电池而开展。其设计局限于针对设计好的特定动力电池进行，为使特定电池的性能达到最优，大大牺牲了动力电池管理系统设计和优化的空间，对于当前多样化的动力电池类型和整个生命周期的适应性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在改进现有分别实施的动力电池及电池管理系统的设计过程，提供一种使这两个设计环节有机结合、适用于不同动力电池类型以及全生命周期的动力电池及其管理系统的闭环联合设计方法。

本发明提供了一种动力电池及其电池管理系统的闭环联合设计方法，依次执行以下步骤：

收集不同电池生产厂家的不同型号动力电池单体、模组以及系统产品信息建立大数据云，用于提供动力电池与电池管理系统设计所需的电池参数；

以所需的电池材料类型和结构指标作为预选的电池设计参数进行初步设计，并将预选的电池设计参数用于待设计电池的数字化建模；

数字化建模环节首先基于所述预选的电池设计参数，利用大数据云匹配得到对应的电池性能参数；基于所述电池设计参数和电池性能参数，通过施加不同激励进行模拟仿真试验；

预选电池管理系统的设计参数，利用所述模拟仿真试验的试验数据进行电池的数字化建模，并进行相应的电池管理算法的开发，提取电池管理算法中的管理参数；

对所述电池性能参数与管理参数进行联合评价，并根据评价结果对电池设计参数和电池管理系统的设计参数进行更新优化，评价的标准为电池的循环寿命等性能参数最优，电池的状态估计的准确度、一致性管理等参数最优，即求解如下优化问题：

式中，θ₁为电池设计参数，θ₂为电池管理系统的设计参数，p₁为电池性能参数，p₂为电池管理参数。

重复依次执行上述步骤得到最优的电池与动力电池的设计参数，并用于实体动力电池与相应电池管理系统的制造。

进一步地，建立大数据云时所收集的不同电池生产厂家的不同型号动力电池单体、模组以及系统产品信息，包括电池电解液、隔膜及正负极等材料参数，配方、浆料配制、涂布均匀度等工艺参数，电池形状尺寸、内部组成的结构形状和连接顺序、方式等结构参数，以及与电池材料、工艺及结构等参数相匹配的设备测试及使用反馈的性能参数数据。

进一步地，所述预选的电池设计参数包括：电池电解液、隔膜及正负极等材料参数，配方、浆料配制、涂布均匀度等工艺参数，电池形状尺寸、内部组成的结构形状和连接顺序、方式等结构参数等。