基于電化學(xué)的鋰離子電池模型參數(shù)估計(jì)

利用同倫分析方法對(duì)基于電化學(xué)的鋰離子電池模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。在化學(xué)和電學(xué)研究的基礎(chǔ)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(gòu)建，其中，一維電池模型由正極、負(fù)極、隔離層(不導(dǎo)電層)和電解液組成，鋰離子通過電解液在正極和負(fù)極之間進(jìn)行擴(kuò)散和移動(dòng)，鋰離子的移動(dòng)使電子在外部電路中移動(dòng)，從而將存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。在建立的鋰離子電池高保真模型的基礎(chǔ)上，建立固態(tài)物質(zhì)和電解質(zhì)之間相互反應(yīng)的質(zhì)量平衡方程和電荷平衡方程，并結(jié)合電池兩端電極上的動(dòng)力學(xué)特性，可獲得一系列表明電池動(dòng)態(tài)行為的微分代數(shù)方程。而這些微分代數(shù)方程都是高度非線性的，由于模型中所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象在不同的時(shí)間段發(fā)生，因此受代數(shù)約束方面的限制很難將方程進(jìn)行集成，進(jìn)而對(duì)鋰離子電池的參數(shù)優(yōu)化變得困難。在優(yōu)化過程中，需要對(duì)每次迭代進(jìn)行仿真才能評(píng)估目標(biāo)函數(shù)；同時(shí)，需要隨時(shí)更新初始條件才能在改變參數(shù)值時(shí)使其符合代數(shù)約束條件。利用同倫分析方法將原始微分代數(shù)方程轉(zhuǎn)換成一系列單擾動(dòng)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(yàn)數(shù)據(jù)，使電池系統(tǒng)的參數(shù)和增益項(xiàng)與原始電池模型相匹配，最終將原始優(yōu)化問題轉(zhuǎn)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(yàn)數(shù)據(jù)而成功地識(shí)別電池模型參數(shù)，以能夠更好地估計(jì)鋰離子電池模型的參數(shù)，且優(yōu)化所獲得的結(jié)果和估計(jì)的參數(shù)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(huì)