(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210752368.8 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 上海玫克生储能科技有限公司 地址 201600 上海市松江区新 桥镇千帆路 288弄2号1101室 (72)发明人 顾单飞　江铭臣　陈思元　严晓　 赵恩海　 (74)专利代理 机构 上海硕力知识产权代理事务 所(普通合伙) 31251 专利代理师 刘桂芝 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G16C 20/10(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/13(2006.01) (54)发明名称 电化学模型的电场解耦方法及装置 (57)摘要 本发明提供了电化学模型的电场解耦方法 及装置， 包括： 先基于分离式求解器对电化学模 型中浓度场与电场进行解耦， 得到锂离子浓度分 布； 再基于耦合式求解器和锂离子浓度分布对电 场的固相与液相、 电流与电势进行解耦， 具体包 括： 获取描 述电场中固相电势、 液相电势、 固相电 流、 液相电流之间耦合关系的偏微分方程组； 基 于有限差分法对偏微分方程组在空间区域进行 空间离散， 得到对应的差分方程组； 对差分方程 组进行求解， 得到每个离散空间点在当前时刻的 固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流， 再进 一步得到整个空间在当前时刻的微观物理量。 本 发明实现了全阶电化学模型的电场解耦。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115116554 A 2022.09.27 CN 115116554 A 1.一种电化学模型的电场解耦方法， 其特 征在于， 包括： 基于分离 式求解器对锂离子电池的电化学模型中浓度场与电场进行解耦， 得到所述电 化学模型的锂离 子浓度分布； 基于耦合式求解器和所述锂离子浓度分布对所述电场的固相与 液相、 电流与电势进行 解耦， 具体包括： 获取所述电化学模型描述电场中固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流之间耦合关 系的偏微分方程组； 基于有限差分法对所述偏微分方程组在所述电化学模型的空间区域进行空间离散， 得 到与所述偏微分方程组对应的差分方程组； 基于所述锂离子浓度分布对所述差分方程组进行求解， 得到每个离散空间点在 当前时 刻的固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流； 根据任意一个离散空间点在当前时刻的固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流， 得 到所述空间区域内各个空间点在当前时刻的微观 物理量。 2.根据权利要求1所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 所述电化学模型描 述电场中 固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流之间耦合关系的偏微分方程组包括： 固相电流引起固相电势的变化所遵循的第一方程式： 其中， is是固相电流， k是固相电导 率， φs是固相电势； 液相电流引起液相电势的变化所遵循的第二方程式： 其中， ie是液相电流， tc是点迁移率， ce是液相锂离子浓度， σ 是液相电导率， ε是液相体 积分数， brug是多孔介质系数， φe是液相电势， F为法拉第常数， R为摩尔气体常数， T为电池 绝对温度； 固相电势和液相电势引起固相电流的变化所遵循的第三方程式： 其中 η(x,t)＝φs(x,t)‑φe(x,t)‑ocv(x,t)， jn为交换电流密度， a为锂活性材料比表面积， α+、 α‑为传递系数， j0为平衡态下电极反应 交换电流密度， η为过电位， ocv为与固相颗粒表面锂离 子浓度有关的电极稳态开路电压； 固相电流和液相电流之间所满足的第四方程式： is(x,t)+ie(x,t)＝iexternal(t)， iexternal(t)为外电流。 3.根据权利要求1所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 所述的基于有限差 分法对所述偏微分方程组在所述电化学模型的空间区域进行空间离 散， 包括： 按预设空间 间隔对空间区域进行均分， 得到若干 离散空间点；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115116554 A 2获取所述偏微分方程组中每个方程式在所述离散空间点的差分方程， 其中， 根据 前向/ 后向/中心差分法， 将所述方程式中待求物理量在所述离散空间点的导数用对应的差商形 式近似； 所述待求物理量 为固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流； 得到的所有差分方程构成与所述偏微分方程组对应的差分方程组。 4.根据权利要求1所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 对所述差分方程组 进行求解包括： 采用牛顿迭代法对所述差分方程组进行求 解， 其中迭代公式为： xk+1＝xk‑F′(xk)‑1F(xk)； xk为第k次迭代得到的解， F(x)＝0为所述差分方程组， F ′(x)为雅各比矩阵， F ′(x)‑1为 F′(x)的逆矩阵。 5.根据权利要求4所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 所述的采用牛顿迭 代法对所述差分方程组进行求 解包括： 采用拟牛 顿法对所述差分方程组进行求 解。 6.根据权利要求4所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 所述的采用牛顿迭 代法对所述差分方程组进行求 解包括： 采用牛顿下山法对所述差分方程组进行求 解， 其中迭代公式为： xk+1＝xk‑λF′(xk)‑1F(xk)； xk为第k次迭代得到的解， F(x)＝0为所述差分方程组， F ′(x)为雅各比矩阵， F ′(x)‑1为 F′(x)的逆矩阵， λ为下山因子， 0＜ λ≤1， λ 由|F(xk+1)|＜|F(xk)|确定。 7.根据权利要求1所述的电化学模型的电场 解耦方法， 其特征在于， 在得到所述空间区 域内各个空间点在当前时刻的微观 物理量之后， 包括： 根据所述 微观物理量对 锂离子电池进行 预警诊断。 8.根据权利要求7 所述的电化学模型的电场解耦方法， 其特 征在于， 根据所述微观物理量对所述锂离子电池进行预警诊断， 包括： 若存在至少一个空间点 的过电位小于第一电位阈值， 则认为所述锂离 子电池发生了SEI膜增厚； 若存在至少一个空间点的过电位小于第 二电位阈值， 则认为所述锂离子电池发生了锂 枝晶生长； 若存在至少一个空间点的过电位高于第 三电位阈值， 则认为所述锂离子电池发生了电 解液分解； 若存在至少一个空间点的液相电流高于第 一电流阈值， 则认为所述锂离子电池发生了 内短路。 9.一种电化学模型的电场解耦装置， 其特 征在于， 包括： 第一解耦模块， 基于分离 式求解器对锂离子电池的电化学模型中浓度场与电场进行解 耦， 得到所述电化学模型的锂离 子浓度分布； 第二解耦模块， 基于耦合式求解器和所述锂离子浓度分布对所述电场的固相与液相、 电流与电势进行解耦； 所述第二 解耦模块包括： 获取模块， 获取所述电化学模型描述电场中固相电势、 液相电势、 固相电流、 液相电流 之间耦合关系的偏微分方程组；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115116554 A 3