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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明涉及一种面向电源系统可靠性仿真分析的多物理场耦合退化模型降阶方法，步骤包括：基于电、热、流多物理场耦合退化模型，通过开展电源系统流体仿真分析，计算各子系统及单体电池表面等效对流换热系数；确定电池温度、容量退化和内阻参数，通过串并联电路仿真计算各单体电池工作电流，利用产热模型计算电池产热率，并分别开展各子系统及电池单体的传热仿真，将获得的工作电流和温度作为输入，分析各子系统及电池单体的退化情况。该方法对能够在保证精度的前提下实现高效地多物理场耦合退化仿真分析与可靠性评估。

主权项：1.一种面向电源系统可靠性仿真分析的多物理场耦合退化模型降阶方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤1：构建面向可靠性仿真分析的电源系统电、热、流多物理场耦合退化模型；其中，通过测量和统计方法，对不同温度与不同退化状态下的锂电池系统中电池单体内阻进行测量，并获得与温度和容量退化相关的电池内阻模型参数；根据电源系统设计方案，构建3D几何模型，分析其电、热、流多物理场特征及其耦合退化机制，建立电源系统多物理场耦合退化模型，包括与温度相关的电池内阻模型、电池组串并联电路模型、电池产热模型、传热模型、流体动力学模型、与温度和电流相关的退化模型；步骤2：输入锂电池系统工作载荷；确定锂电池系统的工作总电流与环境温度，并以此作为初始值输入模型；步骤3：开展锂电池系统流体仿真分析；基于锂电池系统几何模型和流体动力学模型，开展步骤2输入的环境温度下的流体仿真分析，获得流场速度分布；步骤4：各子系统及单体电池表面等效对流换热系数计算；基于步骤3中的流场速度分布，获得各子系统及单体电池表面的平均流体速度，利用雷诺数、努塞尔数的工程经验公式计算表面等效对流换热系数；步骤5：输入各电池单体参数；确定各电池单体的温度和容量退化情况，根据电池内阻模型计算获得各电池单体的内阻值，并输入到电池组的串并联电路模型中；步骤6：基于串并联电路模型仿真计算获得各单体电池工作电流；电池组串并联电路模型是由多个电池单体的Rint模型组成；基于步骤2输入的工作总电流，通过欧姆定律计算各支路电流，进而获得各电池单体的工作电流；方法如下：在串联模型中，电池的工作电流处处相等，电压则是所有串联单元的总和，模型表达式如下： 在并联模型中，电池的工作电压处处相等，电流则是所有支路的总和，模型表达式如下： 其中Vtotal为电池组总电压；Itotal为电池组总电流；Vi为支路电压；Ii为支路电流；步骤7：基于电池产热模型计算各单体电池的产热率；锂电池产热模型采用Bernadi模型，如下所示： 其中q、I、V、U分别为各电池单体产热率、电流、体积、电压；基于步骤6中获得的电流值，计算各电池产热率；步骤8：分别开展锂电池系统及电池单体热仿真分析获得锂电池系统及单体电池的平均温度；基于步骤4和步骤7获得的锂电池系统及电池单体的对流换热系数和产热率分别开展各子系统及电池单体的热仿真分析，获得锂电池系统及电池单体的表面平均温度；步骤9：重复步骤5至步骤8，直至平均温度值收敛；步骤10：开展锂电池系统及电池单体的退化分析；基于步骤6和步骤8获得的表面平均温度和各电池单体的工作电流，计算获得锂电池系统及各电池单体的退化情况，即：健康状态SOH模型。

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