本發明涉及儲能電池,尤其涉及一種儲能電池健康狀態監測方法、系統及存儲介質。
背景技術:
1、儲能電池是一種可以存儲電能并在需要時釋放的裝置,它們在現代能源系統中扮演著越來越重要的角色,尤其是在可再生能源領域。儲能電池健康狀態監測是一種技術手段,用于評估和管理電池系統的健康狀態,以確保其在正常范圍內運作并優化其性能和壽命。儲能電池健康狀態(state?of?health,?soh)是指電池當前的性能和容量與其新品狀態相比的相對水平。soh通常以百分比表示,100%表示全新電池的狀態,隨著使用時間的增加,soh會逐漸降低。
2、但傳統的儲能電池健康狀態監測方法往往存在以下問題:非侵入式測量技術的局限性:許多健康狀態監測方法需要中斷電池正常工作,這在某些應用中是不可接受的;例如,在不間斷電源(ups)系統中,難以進行全面的健康狀態評估而不影響系統運行。電化學阻抗譜(eis)測量的實時:eis測量通常需要較長時間,難以實現實時監測;例如,在快速充電站,無法利用eis技術實時評估電池健康狀態;主要依賴于電壓、電流等簡單參數,難以全面反映電池的健康狀態。
技術實現思路
1、基于此,本發明有必要提供一種儲能電池健康狀態監測方法及系統,以解決至少一個上述技術問題。
2、為實現上述目的,一種儲能電池健康狀態監測方法,包括以下步驟:
3、步驟s1:獲取儲能電池的材料組成數據;根據材料組成數據對儲能電池的電化學層面進行組分之間相互作用分析,并預測界面行為,從而得到界面行為預測數據;根據界面行為預測數據進行電化學阻抗譜模擬,并對不同條件下的電池內部狀態以及性能進行映射,從而得到電池特性圖數據;
4、步驟s2:根據電池特性圖數據對不同充放電狀態下的電池性能退化行為進行狀態模擬分析,從而得到退化行為模擬數據;根據不同工況狀態對應的運行參數以及退化行為模擬數據建立電池健康狀態演變模型;
5、步驟s3:獲取多源傳感器采集的電池運行數據,包括電壓、電流、溫度、氣體濃度以及機械應力數據;對電池運行數據進行特征提取,并根據狀態特征以及電池健康狀態演變模型進行健康狀態預測評估,從而得到健康狀態評估數據;
6、步驟s4:獲取儲能電池內部的熱分布數據;根據熱分布數據構建熱管理模型;通過有限元分析方法根據熱管理模型對電池內部的熱流動行為進行模擬,并進行電化學-熱耦合作用修正,從而得到熱流動路徑圖數據;
7、步驟s5:對熱流動路徑圖數據以及健康狀態評估數據進行多維度耦合分析,從而得到優化電池管理策略數據,其中多維度耦合分析包括熱-電耦合相關性分析、時空動態特性預測分析以及參數敏感度量化分析。
8、本發明通過分析電池材料的組成及其電化學特性,能夠更準確地預測電極與電解質界面的行為,這有助于識別潛在的界面失效機制,如析氣、沉積等,從而提前預防可能的故障。電化學阻抗譜(eis)的模擬提供了電池在不同操作條件下的性能映射圖,幫助研究人員理解電池的動態響應及其對材料和結構變化的敏感性,這種映射能夠為后續的狀態監測與性能優化提供參考依據。通過模擬不同充放電狀態下的電池性能退化行為,可以識別電池在各種工作條件下的劣化模式,這種預測為電池壽命管理提供了重要的數據支持,有助于在實際使用中提前發現和預防電池退化。此模型整合了退化行為模擬數據與實際運行參數,可以為電池健康狀態的實時監測與預測提供動態、準確的評估標準,幫助在早期階段發現電池的異常變化。通過多源傳感器(如電壓、電流、溫度等)采集的數據,系統能夠實時監控電池的運行狀態,并通過特征提取和健康狀態評估模型,及時檢測到電池可能出現的問題,提供早期預警功能。結合多種傳感器數據,評估模型能夠對電池的健康狀態進行全面分析,包括機械應力、電化學性能和熱特性等多個方面,這種綜合評估為電池管理決策提供了可靠依據。熱管理模型通過模擬電池內部的熱流動行為,幫助識別電池在不同工況下的熱點區域和溫度梯度;這對于提高電池的熱穩定性和安全性至關重要,能夠延長電池壽命,減少因過熱引起的故障風險。通過將電化學行為與熱行為進行耦合分析,系統能夠更精確地模擬實際運行中的電池狀態,識別并優化影響電池性能的關鍵因素,實現更高效的電池管理。通過將熱管理數據與健康狀態評估數據進行多維度耦合分析(如熱-電耦合、時空動態特性預測等),系統可以生成更為綜合和高效的電池管理策略,這些策略不僅能夠提高電池的整體性能,還能延長其使用壽命。通過對參數敏感度的量化分析,系統能夠識別對電池性能影響最大的因素,幫助優化設計和操作條件,這在開發高性能和耐久性的儲能電池方面具有重要意義。通過該方法的實施,儲能電池的健康狀態監測和管理將更加精確和高效。各步驟之間的系統性分析與多維度耦合,有助于實現對電池從材料組成到運行狀態的全面理解與控制,優化電池的安全性、可靠性及壽命。這種方法不僅適用于實驗室研究,也具有廣泛的實際應用潛力,尤其在智能電網、可再生能源存儲系統以及電動汽車等領域。
9、本發明還提供一種儲能電池健康狀態監測系統,用于執行上述的儲能電池健康狀態監測方法,所述儲能電池健康狀態監測系統包括:
10、電池特性預測模塊,用于獲取儲能電池的材料組成數據;根據材料組成數據對儲能電池的電化學層面進行組分之間相互作用分析,并預測界面行為,從而得到界面行為預測數據;根據界面行為預測數據進行電化學阻抗譜模擬,并對不同條件下的電池內部狀態以及性能進行映射,從而得到電池特性圖數據;
11、退化行為建模模塊,用于根據電池特性圖數據對不同充放電狀態下的電池性能退化行為進行狀態模擬分析,從而得到退化行為模擬數據;根據不同工況狀態對應的運行參數以及退化行為模擬數據建立電池健康狀態演變模型;
12、實時狀態評估模塊,用于獲取多源傳感器采集的電池運行數據,包括電壓、電流、溫度、氣體濃度以及機械應力數據;對電池運行數據進行特征提取,并根據狀態特征以及電池健康狀態演變模型進行健康狀態預測評估,從而得到健康狀態評估數據;
13、熱行為分析模塊,用于獲取儲能電池內部的熱分布數據;根據熱分布數據構建熱管理模型;通過有限元分析方法根據熱管理模型對電池內部的熱流動行為進行模擬,并進行電化學-熱耦合作用修正,從而得到熱流動路徑圖數據;
14、多維優化策略模塊,用于對熱流動路徑圖數據以及健康狀態評估數據進行多維度耦合分析,從而得到優化電池管理策略數據,其中多維度耦合分析包括熱-電耦合相關性分析、時空動態特性預測分析以及參數敏感度量化分析。
15、本發明通過獲取儲能電池的材料組成數據并對電化學層面進行組分之間的相互作用分析,能夠深入理解材料在電池中的行為和性能。這為后續的預測和管理提供了準確的基礎數據。對電化學阻抗譜的模擬及不同條件下的電池性能映射,能夠提前預測電池在實際使用中的界面行為,避免潛在的性能退化或故障,從而提高電池的安全性和可靠性。通過對電池特性圖數據進行分析,能夠模擬不同充放電狀態下的性能退化行為。這種模擬有助于提前識別并預測電池在使用過程中的衰減特征,從而延長電池壽命。通過建立健康狀態演變模型,可以持續監控電池在不同工況下的健康狀態變化。這為實時管理和維護提供了科學依據,有助于制定更加有效的維護策略。通過多源傳感器采集電池的運行數據,結合特征提取技術,能夠實時監控電池的狀態。這種實時監測有助于及時發現潛在的問題,并采取相應的預防措施。利用狀態特征和健康狀態演變模型進行評估,可以準確預測電池的當前健康狀態。這為電池的持續優化和管理提供了精確的數據支持,降低了發生故障的風險。通過獲取和分析儲能電池的熱分布數據,構建熱管理模型,可以優化電池的熱管理策略,避免由于過熱導致的性能退化或安全問題。通過電化學-熱耦合作用修正,能夠更加準確地模擬電池內部的熱流動行為。這種耦合分析為熱管理提供了更為精細的優化方向,有助于延長電池的使用壽命。通過多維度耦合分析,包括熱-電耦合相關性分析、時空動態特性預測分析以及參數敏感度量化分析,能夠從多角度優化電池管理策略。這種綜合優化可以平衡不同的性能指標,找到最佳的管理方案。通過多維優化策略,可以識別和解決系統中的關鍵瓶頸,提高電池管理系統的魯棒性和運行效率,確保在不同使用條件下電池能夠穩定、高效地工作。通過這些模塊的協同工作,可以在儲能電池的整個生命周期內實現從材料特性預測、性能退化模擬、實時健康狀態監測到熱行為分析和多維優化的全面管理;這種系統性的方法不僅提高了電池的安全性和可靠性,還延長了電池的使用壽命,降低了運維成本。
16、本發明還提供一種儲能電池健康狀態監測存儲介質,包括:
17、存儲器,用于存儲計算機程序;
18、處理器,用于執行所述計算機程序時實現上述的儲能電池健康狀態監測方法的步驟。