[发明专利]锂离子电池的电化学机理建模方法

说明书

一种锂离子电池的电化学机理建模方法，属于电池领域，涉及对锂离子电池的建模方法。本发明的目的是在锂离子电池的电化学机理模型的基础重新建立一套采用差分法建立电池平均值模型的锂离子电池的电化学机理建模方法。本发明的步骤是：①对电池的机理模型进行简化，建立锂离子电池的平均值模型；②模型参数的辨识；③辨识参数与已知参数整合就可以得到锂离子电池电化学平均值模型。本发明模型计算量小，易于实车实现，可以用于电池荷电状态估计、健康管理，并为电池运行提供参考数据。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及对锂离子电池的建模方法。

背景技术

电动车动力电池的电化学模型与电动汽车的设计、量产、整车优化和控制密切相关。为了准确地估计动力电池的荷电状态、监测电池的健康状态、预测电池寿命，以及优化电池的运行，需要建立精确的电池模型，以确保动力电池运行在高效区域，延长电池的使用寿命，避免电池安全事故的发生。

基于多孔电极电化学原理建立的电池电化学机理模型，由多个偏微分方程，常微分方程和代数方程构成，并且各参数之间具有强耦合特性。该模型精度高、但模型复杂、求解困难。

发明内容

本发明的目的是在锂离子电池的电化学机理模型的基础重新建立一套采用差分法建立电池平均值模型的锂离子电池的电化学机理建模方法。

本发明的步骤是：

①对电池的机理模型进行简化，建立锂离子电池的平均值模型：

1）偏微分方程转化为常微分方程组：

首先，考虑固相固体颗粒锂离子扩散方程（负极为例）

(13)

边界条件为：

(14)

采用有限差分法将式（13）所示偏微分方程转换成常微分方程组；假设固体颗粒锂离子浓度是时间的连续函数；离散过程中，将球形颗粒半径均分成等份，每等份的长度；表示固体颗粒在径向处的锂离子浓度，其中，的取值范围是从1到，则对锂离子浓度在r方向上的状态向量为：

(15)

由式（14）可知，在处，固体颗粒表面的锂离子浓度为常值；当时，固体颗粒表面的锂离子浓度为，则

(16)

用一阶差分、二阶差分分别代替一阶偏导数、二阶偏导数，则式（13）所示的固相固体颗粒锂离子扩散方程可表示为：

(17)

当时，将式（16）所示的的近似值代入式（17），得：

(18)

分别取，由式（17）得到状态方程

(19)

简记为：

(20)

其中，

，

，；

2）求从正、负极处的固体颗粒表面流入液相的锂离子流量密度的平均值：

负极和隔膜界面处电解液电流密度为：

(21)

由电荷守恒方程及边界条件， 得：