近年來隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展,鋰離子電池憑借其自身相較于其他儲(chǔ)能電池的優(yōu)勢,在該領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。但同時(shí),鋰電池的廣泛應(yīng)用也使得人們對電池管理系統(tǒng)的精度要求越來越高。電池模型精度、荷電狀態(tài)的估計(jì)以及電池老化對于電池的影響等問題越來越受到人們的重視。為了實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)高效、安全地管理電池單元,就必須要深入研究電池模型的精確度以及老化對電池的影響。本文從鋰電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理出發(fā),通過對偏微分控制方程的求解與簡化,獲得了鋰離子電池電化學(xué)傳遞函數(shù)模型,并將電化學(xué)模型與等效電路模型結(jié)合,建立了基于電化學(xué)機(jī)理的等效電路模型�；谠撃Ｐ�,通過遞推最小二乘法和擴(kuò)展卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的辨識(shí)以及電池荷電狀態(tài)的估計(jì)。另一方面,為了研究電池老化對電池的影響,本文從電池負(fù)極副反應(yīng)出發(fā),通過副反應(yīng)電流密度搭建了電池的老化模型。通過電池老化循環(huán)實(shí)驗(yàn)測試電池的容量衰減與循環(huán)壽命之間的關(guān)系。對老化后的電池進(jìn)行拆解,利用SEM、TEM和XPS等分析測試實(shí)驗(yàn)觀察和分析電池內(nèi)部負(fù)極的微觀形貌以及沉積物的成分。本文所建立的基于電化學(xué)機(jī)理的等效電路模型,將電化學(xué)模型與等效電路模型聯(lián)系起來,為電化學(xué)模型的應(yīng)用提供了可能... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰電池常見等效電路模型結(jié)構(gòu)圖

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-9-第二章鋰電池電化學(xué)模型分析2.1鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理鋰離子電池因具有高能量密度、高電壓以及較長的使用壽命，目前在全球的市場份額越來越大。圖2-1是鋰離子電池單體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括五部分，分別是負(fù)極集流體（銅）、電池負(fù)極、電池隔膜、電池正極和正極集流體（鋁）。其中，嵌入鋰離子的石墨（LixC）和鋰的金屬氧化物（LiMO2）[式中M表示金屬，如Co等]1分別是電池負(fù)極和電池正極的活性材料。另外，正負(fù)極活性材料與集流體相連，通常負(fù)極集流體為銅，正極集流體為鋁。在電池負(fù)極與電池正極之間是起到電氣隔離的微孔聚合物隔膜。電解液充滿整個(gè)電池區(qū)域，從而使得鋰離子能夠在電池進(jìn)行充放電時(shí)在負(fù)極和正極之間發(fā)生擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移等過程。圖2-1鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1Innerstructureoflithiumbattery鋰離子電池在進(jìn)行充放電時(shí)，其內(nèi)部正負(fù)極上的活性物質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的氧化還原反應(yīng)，從而使得鋰離子發(fā)生脫出和嵌入，并經(jīng)過電解液和隔膜發(fā)生轉(zhuǎn)移過程。鋰離子在電池充放電時(shí)的離子反應(yīng)方程式如下[30]：1-x22LiCoOxLixeLiCoO放電充電正極(2-1)xLiCCxLixe放電充電負(fù)極(2-2)以上電池反應(yīng)離子方程式中x為該反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，且該反應(yīng)所產(chǎn)生的理論電壓約為4.1V，這也是為什么鋰離子電池電壓高于鉛酸電池和鎳氫電池

第三章基于電化學(xué)機(jī)理的傳遞函數(shù)模型建立與驗(yàn)證20的矛盾。在實(shí)際應(yīng)用過程中，Pade逼近法在低頻狀態(tài)下的逼近結(jié)果與PDE解析解之間基本吻合，同時(shí)所需要的逼近階數(shù)也不高，對于工程應(yīng)用的計(jì)算完全可以滿足，而造成的誤差也在允許范圍之內(nèi)。圖3-1PDE與不同階次Pade逼近結(jié)果伯德圖Fig.3-1BodediagramofPDEandPadeapproximationresultsofvariousorder3.2電極過電勢鋰離子電池正負(fù)電極與電解液接觸部位由于電化學(xué)反應(yīng)將產(chǎn)生一定的過電壓，該反應(yīng)過程可以通過Bulter-Volmer方程進(jìn)行描述：0,exp,exp,LiacFFjxtixtxtRTRT(3-13)式中a和c分別是陽極和陰極的傳遞系數(shù)，其數(shù)值為0.5。通過對式(3-13)的反向求解，可以得到電池過電壓與電化學(xué)反應(yīng)速率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：102,,sinh2LiRTjxtxtFi(3-14)將Bulter-Volmer方程右端的指數(shù)函數(shù)在零點(diǎn)處進(jìn)行一階泰勒展開，并進(jìn)行Laplace變換可以得到以下關(guān)系：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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