锂离子电池参数获取及变参数模型

锂离子电池因性能优良而在电子设备及电动车领域得到了广泛应用。在电池的使用过程中，如何预测电池的充放电行为具有重要意义，电化学模型能够比较准确的预测电池性能，但是传统电化学模型存在很多缺陷，尤其中高倍率仿真精度很低，本文对如何提高P2D电化学模型的仿真精度进行了深入研究，提出了锂离子电池变参数模型。 首先，针对一节自制的锂离子电池，通过物理的、电化学的以及参数辨识的方法获取模型参数，提出一套完整的参数获取方法。采用物理测量的方法获取电池结构参数及设计参数；采用库仑滴定法获取材料开路电势曲线并通过高斯公式进行拟合；采用EIS、PITT、GITT法分别测量了固相扩散系数并进行了比较，结果PITT与GITT法测量结果一致，EIS法测量结果较前两种少一个数量级；采用LSV法测量了材料反应速率常数，结果正极反应速率常数变化范围不大，负极为分段函数形式；采用EIS法以及DC/AC法测量了电解液电导率和阳离子迁移系数；提出通过0.04C的小电流放电曲线辨识初始嵌锂量的方法。 其次，深入分析了粒径分布、SEI膜内阻、变化的反应速率常数、变化的固相扩散系数对模型的影响，提出了变参数模型。在粒径分布上，提出了两粒度以及三粒度模型，结果小倍率时小粒度起主导作用，大倍率时大粒度起主导作用使放电截止点提前，同时三粒度模型能够解释0.5C以上“拐点”消失的现象；SEI膜的作用相当于欧姆内阻，相当于放电曲线的“平移”，对放电截止点影响较小；变化的反应速率常数通过改变电流密度分布来影响电压平台，不影响放电截止点；变化的固相扩散系数能够影响表面与平均的SOC分布，使得电压平台以及放电截止点发生变化。 最后，对P2D模型与变参数模型进行仿真并比较，在低倍率时，P2D模型仿真精度比变参数模型高，平均误差不超过10mV；在中倍率时，变参数模型的精度远远高于P2D模型，误差不超过18mV(0.5%)，同时能准确预测放电曲线“拐点”消失的现象；在高倍率时，变参数模型平均误差不超过54mV(1.5%)，因此变参数模型很大程度地提高了仿真精度。