基于相似理论的锂电池三维电化学跨尺度建模

张立军， 程洪正

(1.同济大学 汽车学院,上海 201804; 2.同济大学 智能型新能源汽车协同创新中心,上海 201804)



基于相似理论的锂电池三维电化学跨尺度建模

张立军1,2， 程洪正1,2

(1.同济大学 汽车学院,上海 201804; 2.同济大学 智能型新能源汽车协同创新中心,上海 201804)

摘要：从抛物线型偏微分方程基本形式出发，利用量纲为一分析法推导了抛物线型偏微分方程的相似准则，并推广得到电化学过程的相似准则，从而确定原型与模型之间的电化学过程参数相似关系.利用Comsol Multiphysics软件进行了锂离子电池单元电化学过程的有限元建模与计算，验证了所建立相似准则和相似关系的正确性.模型验证结果表明电化学有限元建模方法能实现锂离子电池三维电化学过程的一致模拟，同时，高倍率充放电工况下电池内部不均匀性加剧，导致传统的通用准二维模型预测结果具有较大误差.因此，在电池单体设计及系统集成与管理过程中，有必要对基于准二维模型的状态估计算法进行修正，以避免电池局部过充过放而导致安全隐患.

关键词：锂离子电池; 电化学; 相似理论

动力电池是电动汽车的最核心部件之一，其性能影响到电动汽车的综合性能. 近年来，锂离子电池因其优异的综合性能倍受关注[1]. 锂离子电池性能设计包括结构、电极及隔膜材料、电流密度、容量、电压等的合理设计，对于电池各项外特性如功率与能量特性、效率、安全性、可靠性和寿命等都具有重要影响……