ישנן שתי דרכים לדגמן את דגם סוללת הליתיום. האחת היא לערוך מספר רב של ניסויים על הסוללה, לצבור נתונים ניסיוניים, לדמות את הנתונים שנאספו ולסכם את חוק השינוי של סוללת הליתיום-יון; השני הוא לערוך מספר רב של ניסויים על סוללת ליתיום-יון. מחקר על ההתנהגות המיקרוסקופית של סוללות היון, באמצעות תיאור ההתנהגות המיקרוסקופית, בעזרת אמצעי מחשב, ליצור מודל תיאורטי. דגמי סוללת ליתיום נפוצים כוללים בעיקר מודל התנגדות פנימית, מודל מעגלים מקבילים, מודל אלגוריתם גנטי, מודל רשת עצבית ומודל אלקטרוכימי.
דגם סוללת ליתיום
1. דגם ההתנגדות הפנימית של דגם סוללת הליתיום
מודל ההתנגדות הפנימית הוא דגם הסוללה הפשוט ביותר, המשמש בדרך כלל לחיזוי קיבולת הסוללה []. באופן כללי, קיבולת הסוללה משתנה בהתאם למתח ולהתנגדות הפנימית. מכיוון שהמתח ישתנה באופן שונה תחת זרמי פריקה שונים, החוקרים ניסו לבסס את הקשר בין התנגדות פנימית ליכולת. עם זאת, ההתנגדות הפנימית אינה ערך מהותי, ומודל ההתנגדות הפנימית דורש נתונים ניסיוניים רבים. לדוגמה, הקיבולת המרבית של הסוללה משתנה בטמפרטורות שונות, מתח היציאה של הסוללה משתנה בקצבי זרם שונים וההתנגדות הפנימית של הסוללה משתנה בטמפרטורות שונות. על פי הנתונים המתקבלים מהניסוי, ההתנגדות הפנימית של הסוללה משמשת לקביעת קיבולת הסוללה בהתאם לסביבת השימוש השונה של הסוללה, כך שהדגם קרוב יותר למסד נתונים.
2. דגם מעגל שווה ערך של דגם סוללת ליתיום
מכיוון שהסוללה תשקף חלק מהמאפיינים של התנגדות ו קיבוליות תחת הפעולה הנוכחית, v.Johson16.] et al. הציע כי המעגל המקביל יכול לשמש לבניית דגם סוללה כדי לדמות את הביצועים הדינמיים והסטטיים של הסוללה. המעגל המקביל הבסיסי של סוללת ליתיום-יון, שבו V ו- V מייצגים את מתח המעגל הפתוח ומתח היציאה של הסוללה, R הוא ההתנגדות הפנימית של הסוללה, והמעגל המקביל RG מדמה את המאפיינים החיצוניים של הסוללה.
3. מודל אלגוריתם גנטי של דגם סוללת ליתיום
מודלים של סוללת ליתיום-יון המבוססים על אלגוריתמים גנטיים יכולים בדרך כלל לנתח נתונים ניסיוניים, לפתור משוואות ושיטות אחרות לבניית מודלים כדי לדמות מאפייני סוללה. אבל בגלל התגובה הכימית בתוך הסוללה היא מסובכת מאוד, קשה למצוא פונקציה מתאימה לתאר את דגם הסוללה. קל לחשב את האלגוריתם הגנטי, ותפקוד הפלט גמיש מאוד, וניתן להשתמש בו לבניית דגם סוללת ליתיום-יון.
4. דגם רשת עצבית של דגם סוללת ליתיום
חקרו את ההיתכנות של שימוש באלגוריתמים של רשת עצבית לבניית דגמי סוללות, בניית דגם סוללת ליתיום-יון, וחיזוי מוצלח של העוצמה הנותרת של סוללות בכלי רכב חשמליים.
אלגוריתם הרשת העצבית והאלגוריתם המטושטש משולבים כדי להשתמש בנקודות החזקות כדי לפצות על החסרונות של שני האלגוריתמים כדי להעריך את הקיבולת הנותרת של סוללת הליתיום-יון ולשפר את דיוק ההערכה של האלגוריתם הבודד.
5. הדגם האלקטרוכימי של דגם סוללת הליתיום
המודל האלקטרוכימי מבוסס על הכימיה הבסיסית של הסוללה. המודל העיקרי של סוללת הליתיום-יון נקבע בהדרגה על בסיס מחקרו של ווסט בשנת 1982. כאשר לומדים אלקטרודות נקבוביות המורכבות מחלקיקי חומר סיביים פעילים, ווסט הקים מודל אלקטרודה נקבובית מעין דו מימדית, בהנחה ששלב הפתרון בסוללה הוא מערכת פתרון בינארית, ברירת המחדל של מקדם הדיפוזיה לקבוע, ותהליך פיזור הפאזה המוצק הוא שלב הבקרה, מתעלמים מהתהליך האלקטרוכימי. מאז סוללת ליתיום היא גם מערכת אלקטרודה נקבובי, כאשר לומדים את דגם הסוללה Li:LiClO4:TIS2, שיטת עיבוד דומה אומצה. בהתחשב במבנה הסוללה, המבנה של הסרעפת הוכנס לדגם. תוצאות המחקר של מאו ואח ' מראות כי ככל שהמפריד דק יותר, כך הסוללה יכולה לשחרר יותר כוח. עם זאת, מכיוון שדגם זה אינו דגם סוללה אמיתי, הוא רק בוחן את העיקרון של אלקטרודה אחת, ואינו מדגם את הסוללה כולה, כך שהדגם אינו יכול לדמות באופן מלא את המאפיינים הכימיים של הסוללה. במודלים לעיל, ההנחה היא כי תהליך ההשבתה של ליתיום יון הוא מהיר לאין שיעור, ולכן יש מערכת שיווי משקל אלקטרוכימית בממשק אלקטרודה / אלקטרוליט. במילים אחרות, ריכוז פני השטח של החלקיקים OCP (פוטנציאל מעגל פתוח) של הסוללה קשור לריכוז האלקטרוליטים הסמוך.
כאשר דויל למד Li:PEO3LiCF3SO3:TiS2 סוללות, הוא הקים מודל סוללה אמיתי המבוסס על דגם אלקטרודה נקבובי. משוואת באטלר-וולמר משמשת לתיאור התגובה האלקטרוכימית המתרחשת על כל אלקטרודה, והחוק של פיק משמש לתיאור תופעת הדיפוזיה של חלקיקי ליתיום בתוך האלקטרודה, ומקדם הדיפוזיה נחשב קבוע. כאשר מתרחשת תגובה כימית, נפח הסוללה משתנה מוזנח, בסרעפת הסוללה, יוני ליתיום עוברים דרך הסרעפת כדי ליצור שכבה של סרט SEI, אשר מפושט לתוך התנגדות הסרט. דגם הסוללה אינו לוקח בחשבון את המופע של תגובות צד. על בסיס [1], פולר [1] ואח' הקימו משוואה המתארת את המאפיינים הכימיים של סוללות ליתיום-יון תחת תיאוריית הפתרון המדלל, והקימו מודל כללי של סוללת ליתיום-יון. המחקר של פולר ואח 'הסביר את הקשר בין פוטנציאל המעגל הפתוח של ocP הסוללה ו SOC, ועבודה זו היא בעלת משמעות רבה. המחקר מראה כי הקשר בין עקומת OCP ל- SOc אינו ליניארי, והקשר בין הצפיפות הנוכחית לעקומה קרוב מאוד. ככל שקצב השינוי של עקומת OCP ו- SOc גדול יותר, כך התפלגות הצפיפות הנוכחית אחידה יותר. לאחר מכן, נאלין וג'אקומו ואח ' השתמשו בשיטת היסוד הסופי כדי לפתור את המודל הכימי של סוללת הליתיום-יון על בסיס קודמיו, והשוו את הדגם שנפתר עם מאפייני פריקת הסוללה בפועל.
