دو راه برای مدل سازی مدل باتری لیتیوم وجود دارد. یکی این است که انجام تعداد زیادی از آزمایش ها بر روی باتری، تجمع داده های تجربی، شبیه سازی داده های جمع آوری شده، و خلاصه قانون تغییر باتری لیتیوم یون؛ دیگری انجام تعداد زیادی آزمایش بر روی باتری یون لیتیوم است. تحقیقات در مورد رفتار میکروسکوپی باتری های یون، از طریق توصیف رفتار میکروسکوپی، به کمک وسایل کامپیوتری، یک مدل نظری برقرار می کنند. مدل های باتری لیتیوم که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند عمدتاً شامل مدل مقاومت داخلی، مدل مدار معادل، مدل الگوریتم ژنتیکی، مدل شبکه عصبی و مدل الکتروشیمیایی هستند.
مدل باتری لیتیوم
1. مدل مقاومت داخلی از مدل باتری لیتیوم
مدل مقاومت داخلی ساده ترین مدل باتری است که معمولاً برای پیش بینی ظرفیت باتری []استفاده می شود. به طور کلی ظرفیت باتری با ولتاژ و مقاومت داخلی متفاوت است. از آنجا که ولتاژ تحت جریان های مختلف تخلیه تغییر متفاوتی خواهد کرد، محققان تلاش کرده اند تا رابطه مقاومت داخلی و ظرفیت را برقرار کنند. با این حال، مقاومت داخلی یک مقدار ذاتی نیست، و مدل مقاومت داخلی نیاز به داده های تجربی زیادی دارد. به عنوان مثال حداکثر ظرفیت باتری در دماهای مختلف تغییر می کند، ولتاژ خروجی باتری با نرخ های جریان مختلف تغییر می کند و مقاومت داخلی باتری در دماهای مختلف تغییر می کند. با توجه به داده های به دست آمده از آزمایش، از مقاومت داخلی باتری برای تعیین ظرفیت باتری با توجه به محیط استفاده متفاوت باتری استفاده می شود، بنابراین مدل به یک پایگاه داده نزدیک تر است.
2. مدل مدار معادل از مدل باتری لیتیوم
از آنجا که باتری خواهد شد برخی از ویژگی های مقاومت و ظرفیت تحت عمل جریان منعکس, v.Johson16.] و همکاران پیشنهاد کردند که می توان از مدار معادل برای ساخت یک مدل باتری برای شبیه سازی عملکرد پویا و ایستا باتری استفاده کرد. مدار معادل پایه یک باتری لیتیوم یون، که در آن V و V نشان دهنده ولتاژ مدار باز و ولتاژ خروجی باتری، R مقاومت داخلی باتری است، و مدار موازی RG ویژگی های خارجی باتری را شبیه سازی می کند.
3. مدل الگوریتم ژنتیکی از مدل باتری لیتیوم
مدل های باتری لیتیوم یون بر اساس الگوریتم های ژنتیکی به طور کلی می توانند داده های تجربی را تجزیه و تحلیل کنند، معادلات و روش های دیگر را برای ساخت مدل هایی برای شبیه سازی ویژگی های باتری حل کنند. اما از آنجا که واکنش شیمیایی داخل باتری بسیار پیچیده است، پیدا کردن عملکرد مناسب برای توصیف مدل باتری دشوار است. محاسبه الگوریتم ژنتیکی آسان است، و تابع خروجی بسیار انعطاف پذیر است، و می توان از آن برای ساخت یک مدل باتری لیتیوم یون استفاده کرد.
4. مدل شبکه عصبی از مدل باتری لیتیوم
تحقیق در امکان سنجی استفاده از الگوریتم های شبکه عصبی برای ساخت مدل های باتری، ساخت یک مدل باتری لیتیوم یون، و با موفقیت پیش بینی قدرت باقی مانده باتری ها در خودروهای الکتریکی.
الگوریتم شبکه عصبی و الگوریتم فازی با هم ترکیب می شوند تا از نقاط قوی برای آرایش کاستی های دو الگوریتم برای تخمین ظرفیت باقی مانده باتری لیتیوم یون و بهبود دقت تخمین الگوریتم واحد استفاده کنند.
5. مدل الکتروشیمیایی از مدل باتری لیتیوم
مدل الکتروشیمیایی بر اساس شیمی پایه باتری است. مدل اصل باتری لیتیوم یون به تدریج بر اساس تحقیقات وست در سال ۱۹۸۲ تثبیت می شود. در هنگام مطالعه الکترودهای متخلخل تشکیل شده از ذرات مواد فعال فیبری، وست یک مدل الکترود متخلخل شبه دو بعدی تأسیس کرد، با فرض اینکه فاز محلول در باتری یک سیستم محلول دودویی باشد، ضریب انتشار را به یک ثابت پیش فرض می کند و فرایند انتشار فاز جامد گام کنترل است، فرایند الکتروشیمیایی نادیده گرفته می شود. از آنجا که باتری لیتیوم نیز یک سیستم الکترود متخلخل است، هنگام مطالعه مدل باتری Li:LiClO4:TIS2، روش پردازش مشابهی اتخاذ شد. با توجه به ساختار باتری، ساختار دیافراگم وارد مدل شد. نتایج تحقیقات مائو و همکارانش نشان می دهد که هر چه جداکننده نازک تر باشد، باتری می تواند قدرت بیشتری آزاد کند. با این حال، به دلیل اینکه این مدل یک مدل باتری واقعی نیست، تنها اصل یک الکترود واحد را مطالعه می کند، و باتری را به عنوان یک کل مدل نمی کند، بنابراین مدل نمی تواند ویژگی های شیمیایی باتری را به طور کامل شبیه سازی کند. در مدل های فوق فرض بر این است که فرایند بین کالاسیون لیتیوم یوون بی نهایت سریع است، بنابراین یک سیستم تعادل الکتروشیمیایی در رابط الکترود/الکترولیت وجود دارد. به عبارت دیگر، غلظت سطح ذرات OCP (پتانسیل مدار باز) باتری مربوط به غلظت الکترولیت نزدیک است.
هنگامی که دویل در حال مطالعه باتری های Li:PEO3LiCF3SO3:TiS2 بود، یک مدل باتری واقعی را بر اساس مدل الکترود متخلخل تأسیس کرد. معادله باتلر-وولمر برای توصیف واکنش الکتروشیمیایی که بر روی هر الکترود رخ می دهد استفاده می شود و قانون ریک برای توصیف پدیده انتشار ذرات لیتیوم در داخل الکترود استفاده می شود و ضریب انتشار ثابت فرض می شود. هنگامی که یک واکنش شیمیایی رخ می دهد، حجم باتری نادیده گرفته شده تغییر می کند، در دیافراگم باتری، یون های لیتیوم از دیافراگم عبور می کنند تا لایه ای از فیلم SEI را تشکیل دهند که به یک مقاومت فیلم ساده می شود. مدل باتری وقوع واکنش های جانبی را در نظر نمی گیرد. بر اساس [۱]، فولر [۱] و همکارانش معادله ای را تأسیس کردند که ویژگی های شیمیایی باتری های یون لیتیوم را تحت نظریه محلول رقیق توصیف می کرد، و یک مدل باتری یون لیتیوم عمومی تأسیس کرد. مطالعه فولر و همکارانش ارتباط بین پتانسیل مدار باز ocP باتری و SOC را توضیح داد و این کار اهمیت زیادی دارد. تحقیقات نشان می دهد که رابطه بین منحنی OCP و SOc غیر خطی است، و رابطه بین چگالی جریان و منحنی بسیار نزدیک است. هر چه میزان تغییر منحنی OCP و SOc بیشتر باشد، توزیع چگالی فعلی یکنواخت تر است. متعاقباً نالین و گیاکومو و همکارانش از روش عنصر محدود برای حل مدل شیمیایی باتری یون لیتیوم بر اساس پیشینیان استفاده کردند و مدل حل شده را با ویژگی های واقعی تخلیه باتری مقایسه کردند.
