Litija akumulatora modeli var modelēt divos veidos. Viens ir veikt lielu skaitu eksperimentu ar akumulatoru, uzkrāt eksperimentālos datus, simulēt savāktos datus un apkopot litija jonu baterijas izmaiņu likumu; otrs ir veikt lielu skaitu eksperimentu ar litija jonu akumulatoru. Pētījumi par jonu bateriju mikroskopisko uzvedību, izmantojot mikroskopiskās uzvedības aprakstu, ar datora līdzekļu palīdzību izveido teorētisku modeli. Parasti izmantotie litija akumulatoru modeļi galvenokārt ietver iekšējās pretestības modeli, līdzvērtīgu ķēdes modeli, ģenētisko algoritmu modeli, neironu tīkla modeli un elektroķīmisko modeli.
Litija akumulatoru modelis
1. Litija baterijas modeļa iekšējās pretestības modelis
Iekšējās pretestības modelis ir vienkāršākais akumulatora modelis, ko parasti izmanto, lai prognozētu akumulatora ietilpību []. Vispārīgi runājot, akumulatora ietilpība mainās atkarībā no sprieguma un iekšējās pretestības. Tā kā spriegums dažādās izplūdes strāvu ietekmē mainīsies atšķirīgi, pētnieki ir centušies noteikt saistību starp iekšējo pretestību un jaudu. Tomēr iekšējā pretestība nav iekšēja vērtība, un iekšējās pretestības modelis prasa daudz eksperimentālu datu. Piemēram, akumulatora maksimālā ietilpība mainās dažādās temperatūrās, akumulatora izejas spriegums mainās dažādos strāvas ātrumos, un akumulatora iekšējā pretestība mainās dažādās temperatūrās. Saskaņā ar eksperimentā iegūtajiem datiem akumulatora iekšējā pretestība tiek izmantota, lai noteiktu akumulatora ietilpību atbilstoši akumulatora atšķirīgās lietošanas videi, tāpēc modelis ir tuvāk datu bāzei.
2. Litija baterijas modeļa ekvivalents ķēdes modelis
Tā kā akumulators atspoguļos dažas pretestības un kapacitātes īpašības strāvas ietekmē, v.Johson16.] et al. ierosināja, ka līdzvērtīgu ķēdi var izmantot, lai izveidotu akumulatora modeli, lai simulētu akumulatora dinamisko un statisko veiktspēju. Litija jonu akumulatora pamata ekvivalenta ķēde, kurā V un V pārstāv akumulatora atvērtās ķēdes spriegumu un izejas spriegumu, R ir akumulatora iekšējā pretestība, un RG paralēlā ķēde simulē akumulatora ārējās īpašības.
3. Litija baterijas modeļa ģenētiskais algoritma modelis
Litija jonu akumulatoru modeļi, kuru pamatā ir ģenētiskie algoritmi, parasti var analizēt eksperimentālos datus, atrisināt vienādojumus un citas metodes, lai izveidotu modeļus, lai simulētu akumulatora īpašības. Bet, tā kā ķīmiskā reakcija akumulatora iekšpusē ir ļoti sarežģīta, ir grūti atrast piemērotu funkciju, lai aprakstītu akumulatora modeli. Ģenētisko algoritmu ir viegli aprēķināt, un izvades funkcija ir ļoti elastīga, un to var izmantot, lai izveidotu litija jonu akumulatora modeli.
4. Litija akumulatoru modeļa neironu tīkla modelis
Izpētiet neironu tīkla algoritmu izmantošanas iespējamību, lai izveidotu akumulatoru modeļus, izveidotu litija jonu akumulatoru modeli un veiksmīgi prognozētu akumulatoru atlikušo jaudu elektriskajos transportlīdzekļos.
Neironu tīkla algoritms un izplūdušais algoritms ir apvienoti, lai izmantotu stipros punktus, lai novērstu abu algoritmu trūkumus, lai novērtētu litija jonu akumulatora atlikušo jaudu un uzlabotu vienotā algoritma aplēšu precizitāti.
5. Litija baterijas modeļa elektroķīmiskais modelis
Elektroķīmiskais modelis ir balstīts uz akumulatora pamata ķīmiju. Litija jonu baterijas galvenais modelis pakāpeniski tiek izveidots, pamatojoties uz Rietumu pētījumiem 1982. gadā. Pētot porainus elektrodus, kas sastāv no šķiedrainām aktīvā materiāla daļiņām, Rietumi izveidoja kvazidu-divdimensiju porainā elektroda modeli, pieņemot, ka šķīduma fāze akumulatorā ir bināra šķīduma sistēma, difūzijas koeficientu uz konstanti uz noklusētu, un cietās fāzes difūzijas process ir Kontroles solis, elektroķīmiskais process tiek ignorēts. Tā kā litija akumulators ir arī poraina elektrodu sistēma, pētot Li:LiClO4:TIS2 akumulatora modeli, tika pieņemta līdzīga apstrādes metode. Ņemot vērā akumulatora struktūru, modelī tika ieviesta diafragmas struktūra. Mao et al. pētījuma rezultāti liecina, ka, jo plānāks ir separators, jo vairāk enerģijas akumulators var atbrīvot. Tomēr, tā kā šis modelis nav īsts akumulatora modelis, tas tikai pēta viena elektroda principu un nemodelinā akumulatoru kopumā, tāpēc modelis nevar pilnībā simulēt akumulatora ķīmiskās īpašības. Iepriekšminētajiem modeļiem tiek pieņemts, ka litija jonu interkalācijas process ir bezgala ātrs, tāpēc elektroda/elektrolīta saskarnē ir elektroķīmiskā līdzsvara sistēma. Citiem vārdiem sakot, OCP (Open Circuit Potential) daļiņu virsmas koncentrācija akumulatorā ir saistīta ar tuvumā esošo elektrolītu koncentrāciju.
Kad Doyle mācījās Li:PEO3LiCF3SO3:TiS2 baterijas, viņš izveidoja īstu akumulatora modeli, kas balstīts uz porainā elektroda modeli. Butler-Wolmer vienādojumu izmanto, lai aprakstītu elektroķīmisko reakciju, kas notiek uz katra elektroda, un Fick likums tiek izmantots, lai aprakstītu litija daļiņu difūzijas fenomenu elektroda iekšpusē, un difūzijas koeficients tiek pieņemts kā konstants. Kad notiek ķīmiska reakcija, akumulatora tilpums mainās Novārtā, akumulatora diafragmā litija joni iziet cauri diafragmai, veidojot SEI plēves slāni, kas ir vienkāršots par plēves pretestību. Akumulatora modelis neapsver blakusparādību rašanos. Pamatojoties uz [1], Fuller [1] et al. izveidoja vienādojumu, kurā aprakstītas litija jonu bateriju ķīmiskās īpašības saskaņā ar atšķaidīta šķīduma teoriju, un izveidoja vispārēju litija jonu akumulatoru modeli. Fuller et al. pētījumā tika izskaidrota saikne starp akumulatora ocP atvērtās ķēdes potenciālu un SOC, un šim darbam ir liela nozīme. Pētījums liecina, ka attiecība starp OCP un SOc līkni ir nelineāra, un attiecība starp pašreizējo blīvumu un līkni ir ļoti tuva. Jo lielāks ocp un SOc līknes izmaiņu ātrums, jo vienmērīgāks ir pašreizējais blīvuma sadalījums. Pēc tam Nalin un Giacomo et al. izmantoja ierobežoto elementu metodi, lai atrisinātu litija jonu akumulatora ķīmisko modeli, pamatojoties uz priekšgājējiem, un salīdzināja atrisināto modeli ar faktiskajiem akumulatora izlādes raksturlielumiem.
