基于comsol的電芯電化學(xué)充放電膨脹分析

                      基于comsol的軟包鋰電池?zé)釣E用失控蔓延分析

                      基于Comsol 鋰電池電化學(xué)擬合的一種方法

                     基于comsol的鋰電池組電化學(xué)耦合風(fēng)冷相變分析

                      基于comsol的18650鋰電池電化學(xué)仿真

                      基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析

                      基于Comsol的超聲探測(cè)鋰電池SOC狀態(tài)仿真分析

                     基于comsol的磁場(chǎng)對(duì)鋰電池的影響仿真

    對(duì)于鋰離子電池管理系統(tǒng)BMS非常重要的一個(gè)功能就是對(duì)電池的SoC狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，SoC既電池的荷電狀態(tài)，state ofcharge的縮寫(xiě)，電池的SoC對(duì)于電池的管理十分重要，可以指導(dǎo)電池的充放電，防止發(fā)生過(guò)充過(guò)放，延緩電池的衰降。但是對(duì)于鋰離子電池而言，電池的SoC狀態(tài)并不是與電壓呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，這就為電池SoC的預(yù)測(cè)制造了重重的阻礙。  

   目前比較常見(jiàn)的模型一般分為兩大類：  

   1）等效電路模型，這種模型一般是根據(jù)電池的測(cè)量結(jié)果，將電池等效成為一個(gè)由電阻、電容等多種電子元器件組成的電路，并根據(jù)該模型進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的SoC的預(yù)測(cè)；  

   2）電化學(xué)模型，這種模型更多的是關(guān)注鋰離子電池內(nèi)在的反應(yīng)機(jī)理，通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)電池的正極、負(fù)極、界面膜和電解液等組分進(jìn)行建模，模擬它們?cè)诔浞烹娺^(guò)程中的行為特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的SoC的預(yù)測(cè)。   

   來(lái)自德國(guó)Fraunhofer硅酸鹽研究所的Lukas Gold等人提出了一種利用超聲波檢測(cè)的手段確定鋰離子電池SoC狀態(tài)的方法。為了便于理解Lukas Gold提出的方法的工作原理，我們需要簡(jiǎn)單介紹一下鋰離子電池的反應(yīng)原理，在鋰離子電池充電的過(guò)程中，Li+首先從正極脫出，擴(kuò)散負(fù)極表面，然后嵌入到石墨負(fù)極的晶格內(nèi)部，隨著Li+的嵌入，石墨顆粒會(huì)發(fā)生一定程度的體積膨脹，導(dǎo)致負(fù)極極片的孔隙率發(fā)生變化，而超聲波對(duì)于孔隙率的變化十分敏感，因此也就能夠高靈敏的檢測(cè)電池的SoC狀態(tài)。

試驗(yàn)原理如下圖所示

    此次采用Comsol軟件，對(duì)標(biāo)超聲探測(cè)鋰電池SOC的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真建模，其中鋰電池內(nèi)部介質(zhì)的力學(xué)等屬性會(huì)隨著SOC變化而變化，模型根據(jù)Hashin-Shtrikman 邊界等效介質(zhì)模型方程來(lái)建立，以下是超聲傳播的過(guò)程動(dòng)圖。

通過(guò)接收對(duì)側(cè)信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，提取信號(hào)的穿透時(shí)間與SOC關(guān)系，如下。

穿透時(shí)間和SOC的關(guān)系

從分析結(jié)果可以看到，基于Comsol的超聲仿真分析可以比較準(zhǔn)確的貼近實(shí)驗(yàn)，符合真實(shí)趨勢(shì)，對(duì)預(yù)測(cè)更復(fù)雜的鋰電池內(nèi)部情況提供幫助。

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