[發(fā)明專利]一種18650型鋰電池放電循環(huán)的瞬態(tài)溫度模型建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810816701.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109033619B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪秋婷;戚偉;肖鐸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種18650型鋰電池放電循環(huán)的瞬態(tài)溫度模型建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：鋰電池單體放電循環(huán)熱模型的建立規(guī)則；將基于物理特征的二維電化學(xué)模型與反映鋰電池性能的電荷守恒和熱擴(kuò)散方程相結(jié)合，從而計(jì)算溫度分布值；

步驟2：建立瞬態(tài)熱行為的控制方程；方程描述固相電荷守恒、電解質(zhì)相電荷守恒、固相鋰離子守恒、電解質(zhì)相鋰離子守恒；

步驟2-1：建立固相電荷守恒方程如下：

另一種表示方式為：

And

And

其中，ρ^eff為固相有效電導(dǎo)率，ρ₊和ρ_-分別為正負(fù)極的有效電導(dǎo)率，φ₊和φ_-分別為相電勢(shì)正負(fù)極，l_n為負(fù)極長(zhǎng)度，l_s為分離器長(zhǎng)度，l_p為正極長(zhǎng)度，L＝l_n+l_s+l_p為總長(zhǎng)度；

步驟2-2：建立電解質(zhì)相電荷守恒方程如下：

And

其中，κ^eff為有效擴(kuò)散電導(dǎo)率，滿足β為Burggeman孔隙度指數(shù)；為有效離子電導(dǎo)率，計(jì)算公式為：

其中，f_±為電解質(zhì)的分子活度系數(shù)或電解質(zhì)活度系數(shù)，ξ_e為電極中電解質(zhì)相的體積分?jǐn)?shù)，R為通用氣體常數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，為鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)，C_e為電解液中的鋰濃度；

步驟2-3：建立固相鋰離子守恒方程；活性固體材料中鋰離子的物質(zhì)平衡粒子在球面坐標(biāo)系下方程為：

結(jié)合邊界條件如下，

And

其中，C_s為鋰離子在固相中的濃度，D_s為鋰離子在電解質(zhì)中的質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)，r為沿活性物質(zhì)顆粒的徑向坐標(biāo)，R_s為固體活性物質(zhì)顆粒的半徑；設(shè)a_s為電流分配系數(shù)，鋰離子在插入和脫嵌過(guò)程中分別表示為a_s,a和a_s,c，則電極/電解質(zhì)界面上鋰離子插入和脫嵌引起的轉(zhuǎn)移電流i^Li表示為：

步驟2-4：建立電解液鋰離子守恒方程：

或者表示為：

其中，ξ_e為電解質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)/孔隙率，為有效擴(kuò)散系數(shù)，滿足為基于溶劑流速的鋰離子轉(zhuǎn)移速度；

步驟3：建立瞬態(tài)熱行為的邊界條件；

步驟3-1：建立反應(yīng)速率方程；將其轉(zhuǎn)化為耦合電荷系的控制方程：

其中，局部表面超電勢(shì)表示為：

η＝φ_s-φ_e-U (19)

交換電流密度表示為：

其中，i₀為交換電流密度，α_a和α_c分別為陽(yáng)極和陰極的傳遞系數(shù)，T為溫度值，η為過(guò)電位，U為熱力學(xué)OCV，C_s,max為固相鋰的最大濃度，C_s,e為鋰在固體顆粒表面的濃度，φ_s和φ_e分別為固相和電解質(zhì)相的電勢(shì)；

將模型進(jìn)行耦合，引入基于溫度的物理化學(xué)參數(shù)，電解質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D_s和鋰離子導(dǎo)電性參數(shù)k_m，兩個(gè)參數(shù)表示為：

同時(shí)，電解質(zhì)相擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算公式為：

其中，D_s為固相擴(kuò)散系數(shù)，D_s.ref為參考固體擴(kuò)散系數(shù)，k_m.ref為參考反應(yīng)速率系數(shù)，D_e為電解質(zhì)相的擴(kuò)散系數(shù)，E_d為控制D_s溫度敏感性的活化能，E_r為控制k_m溫度靈敏度的活化能，T_ref為溫度參考系數(shù)；

步驟3-2：建立能量守恒公式：

或者表示為：

上述公式進(jìn)一步修改為：

其中，公式(26)和公式(27)中的各參數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，為電化學(xué)熱，滿足公式(31)：

其中，i_p為長(zhǎng)度為l_p范圍內(nèi)鋰離子轉(zhuǎn)移電流，滿足公式和i＝-ai_p。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的18650型鋰電池放電循環(huán)的瞬態(tài)溫度模型建模方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟：

步驟1-1：新模型給出控制方程和邊界條件，并計(jì)算用于模型建立的材料特性參數(shù)；

步驟1-2：新模型特征如下：利用基于物理特征的二維模型準(zhǔn)確估計(jì)正極和負(fù)極的動(dòng)態(tài)行為；考慮活性電極顆粒內(nèi)部的材料相變狀況；利用掃描電子顯微鏡得到電極內(nèi)部的顆粒尺寸分布。