مدل سازی تک ذرهای یک باتری لیتوم یون با رویکرد ترمودینامیک و سینتیک

در حال حاضر باتری لیتیوم-یون به عنوان یک رکن اساسی در خودروهای الکتریکی نقش ایفا می کند. برای توسعه و بهبود عمر این نوع باتری ها باید یک مدلی برای تشخیص و پایش وضعیت لحظه ای آن در خودرو تعبیه شود تا خروجی آن به بهبود استراتژی کنترل این نوع باتری و تصمیم گیری آتی کمک کند. برای این کار، مدل هایی از مقیاس ماکرو تا میکرو توسعه داده شده اند که هرکدام مزایا و معایبی دارد. برای آنکه مدل قابلیت کاربرد در سیستم مدیریت باتری داشته باشد باید دارای چندین ویژگی مهم از جمله ساده، پاسخ سریع و قابلیت در نظر گرفتن سیکل های کاری مکرر را دارا باشد. ویژگی آخر در صورتی حاصل می شود که فیزیک باتری در مدل در نظر گرفته شود. از آنجا که مدل های مبتنی بر الکتروشیمیایی این قابلیت را دارند، هدف این پژوهش توسعه یک مدل الکتروشیمیایی وابسته به خواص ترمودینامیکی و سینتیکی است. در این مطالعه، یک مدل تک ذره با استفاده از روابط سینتیک، ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی برای باتری لیتیوم با ماده کبالت سمت الکترود مثبت و گرافیت سمت الکترود منفی توسعه یافته است. در مدل تک ذره، الکترود آند و کاتد هر کدام به عنوان یک ذره در نظر گرفته شده که درون آن ها معادله انتقال در مختصات کروی برای در نظر گرفتن حرکت لیتیوم بین الکترود و الکترولیت حل و در سطح آن، واکنش انتقال بار برای روزرسانی نرخ واکنش حل می شود. این مدل قابلیت پیش بینی پروفیل ولتاژ در ظرفیت و جریان های اعمالی مختلف را به همراه پیش بینی حرارت تولیدی ناشی از واکنش های شیمیایی را دارد

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم-یون ، مدل تک ذره ، الکتروشیمیایی ، ترمودینامیک ، سینتیک