[发明专利]电化学模型的电场解耦方法及装置

权利要求书

1.一种电化学模型的电场解耦方法，其特征在于，包括：

基于分离式求解器对锂离子电池的电化学模型中浓度场与电场进行解耦，得到所述电化学模型的锂离子浓度分布；

基于耦合式求解器和所述锂离子浓度分布对所述电场的固相与液相、电流与电势进行解耦，具体包括：

获取所述电化学模型描述电场中固相电势、液相电势、固相电流、液相电流之间耦合关系的偏微分方程组；

基于有限差分法对所述偏微分方程组在所述电化学模型的空间区域进行空间离散，得到与所述偏微分方程组对应的差分方程组；

基于所述锂离子浓度分布对所述差分方程组进行求解，得到每个离散空间点在当前时刻的固相电势、液相电势、固相电流、液相电流；

根据任意一个离散空间点在当前时刻的固相电势、液相电势、固相电流、液相电流，得到所述空间区域内各个空间点在当前时刻的微观物理量。

2.根据权利要求1所述的电化学模型的电场解耦方法，其特征在于，所述电化学模型描述电场中固相电势、液相电势、固相电流、液相电流之间耦合关系的偏微分方程组包括：

固相电流引起固相电势的变化所遵循的第一方程式：

其中，i_s是固相电流，k是固相电导率，φ_s是固相电势；

液相电流引起液相电势的变化所遵循的第二方程式：

其中，i_e是液相电流，t_c是点迁移率，c_e是液相锂离子浓度，σ是液相电导率，ε是液相体积分数，brug是多孔介质系数，φ_e是液相电势，F为法拉第常数，R为摩尔气体常数，T为电池绝对温度；

固相电势和液相电势引起固相电流的变化所遵循的第三方程式：

其中

η(x,t)＝φ_s(x,t)-φ_e(x,t)-ocv(x,t)，

j_n为交换电流密度，a为锂活性材料比表面积，α⁺、α^-为传递系数，j₀为平衡态下电极反应交换电流密度，η为过电位，ocv为与固相颗粒表面锂离子浓度有关的电极稳态开路电压；

固相电流和液相电流之间所满足的第四方程式：

i_s(x,t)+i_e(x,t)＝i_external(t)，i_external(t)为外电流。

3.根据权利要求1所述的电化学模型的电场解耦方法，其特征在于，所述的基于有限差分法对所述偏微分方程组在所述电化学模型的空间区域进行空间离散，包括：

按预设空间间隔对空间区域进行均分，得到若干离散空间点；

获取所述偏微分方程组中每个方程式在所述离散空间点的差分方程，其中，根据前向/后向/中心差分法，将所述方程式中待求物理量在所述离散空间点的导数用对应的差商形式近似；所述待求物理量为固相电势、液相电势、固相电流、液相电流；

得到的所有差分方程构成与所述偏微分方程组对应的差分方程组。

4.根据权利要求1所述的电化学模型的电场解耦方法，其特征在于，对所述差分方程组进行求解包括：

采用牛顿迭代法对所述差分方程组进行求解，其中迭代公式为：

x^k+1＝x^k-F′(x^k)^-1F(x^k)；

x^k为第k次迭代得到的解，F(x)＝0为所述差分方程组，F′(x)为雅各比矩阵，F′(x)^-1为F′(x)的逆矩阵。

5.根据权利要求4所述的电化学模型的电场解耦方法，其特征在于，所述的采用牛顿迭代法对所述差分方程组进行求解包括：

采用拟牛顿法对所述差分方程组进行求解。