基于電化學的鋰離子電池模型參數估計

基于電化學的鋰離子電池模型參數估計

利用同倫分析方法對基于電化學的鋰離子電池模型參數進行估計。在化學和電學研究的基礎上建立鋰離子電池的高保真模型，該模型利用多孔電極理論和濃縮溶液理論構建，其中，一維電池模型由正極、負極、隔離層(不導電層)和電解液組成，鋰離子通過電解液在正極和負極之間進行擴散和移動，鋰離子的移動使電子在外部電路中移動，從而將存儲的化學能轉換為電能。在建立的鋰離子電池高保真模型的基礎上，建立固態(tài)物質和電解質之間相互反應的質量平衡方程和電荷平衡方程，并結合電池兩端電極上的動力學特性，可獲得一系列表明電池動態(tài)行為的微分代數方程。而這些微分代數方程都是高度非線性的，由于模型中所產生的物理現象在不同的時間段發(fā)生，因此受代數約束方面的限制很難將方程進行集成，進而對鋰離子電池的參數優(yōu)化變得困難。在優(yōu)化過程中，需要對每次迭代進行仿真才能評估目標函數；同時，需要隨時更新初始條件才能在改變參數值時使其符合代數約束條件。利用同倫分析方法將原始微分代數方程轉換成一系列單擾動的常微分方程，以有效地模擬電池系統(tǒng)。同樣，利用同倫分析方法分析試驗數據，使電池系統(tǒng)的參數和增益項與原始電池模型相匹配，最終將原始優(yōu)化問題轉化為更易處理的常微分方程。與不穩(wěn)定或不能收斂的方法相比，所提出的同倫分析方法可以通過非常少的試驗數據而成功地識別電池模型參數，以能夠更好地估計鋰離子電池模型的參數，且優(yōu)化所獲得的結果和估計的參數證明了所提出同倫分析方法的正確性。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2015年第291期

作者：Ramin Masoudi et al

編譯：朱會