鋰離子電池模型仿真及參數(shù)辨識的研究.pdf

1、隨著鋰離子電池日益廣泛的應用,由其健康狀況引發(fā)的一系列問題開始顯露出來,主要體現(xiàn)在安全和壽命兩個方面,這兩個問題已經(jīng)成為制約電池發(fā)展的重要因素。因此,通過研究電池的機理模型以及辨識電池內的關鍵參數(shù),達到監(jiān)測電池健康狀態(tài)和預測電池壽命的目的具有非常重要的意義。
　　本文以鋰離子電池的單粒子模型(Single particle model,簡稱SPM)和準二維數(shù)學模型(Pseudo-two-dimensional model,簡稱P2

2、D模型)為研究對象。首先詳細地敘述了電池的SP模型和P2D模型,并采用有限差分的方法實現(xiàn)P2D模型中各偏微分方程沿電極方向x和粒子徑向方向r上的離散,得到了一組代數(shù)微分方程組(DAEs)。在此基礎上，為了減少模型仿真中DAEs的數(shù)目,研究二參數(shù)和三參數(shù)拋物線近似方程來簡化模型中的固相擴散方程,在不同倍率恒流放電和FUDS放電工況下,比較粒子固相表面濃度的仿真曲線與實測曲線,驗證了兩種近似方程的有效性。其次,在MATLAB中采用后項差分方

3、法實現(xiàn)了這兩種機理模型的仿真。在不同倍率恒流放電和脈沖放電工況下,比較由SP模型和P2D模型仿真得到的電池端電壓曲線與COMSOL軟件仿真得到的端電壓實測曲線,驗證了模型仿真程序的有效性,對電池的兩種等效機理模型進行對比和分析,得出單粒子模型的適用工況。最后,把模型仿真得到的擬合曲線與實測曲線之間的方差作為遺傳算法實現(xiàn)參數(shù)辨識的目標函數(shù);通過大量實驗分析這兩種機理模型對待辨識參數(shù)的敏感性,并通過設計合理的實驗工況,實現(xiàn)了電池參數(shù)的分步辨