基于SEI膜增厚的锂电池老化-电化学-热模型与验证

摘要

在锂离子电池的长期使用过程中，固体电解质界面膜（SEI膜）的形成和增厚是导致电池性能劣化和寿命缩短的关键因素。为准确评估锂电池的健康状态和热行为，本文提出了一种基于SEI膜增厚影响的老化-电化学-热耦合模型。首先，模型基于经典的电化学方程、电池产热理论以及能量守恒方程，考虑了SEI膜增厚导致的内阻增加和容量衰减，建立了锂离子电池的电化学-热耦合模型。其次，对模型参数进行了Arrhenius方程的修正，并使用遗传算法结合COMSOL与MATLAB进行联合仿真，构建了双层径向模型用以精确辨识电池的热物性参数。最后，在25℃下进行了不同倍率的充放电实验，获取了电压-容量特性曲线和温升曲线，并与模型仿真结果进行了对比。实验结果显示，该老化-电化学-热耦合模型能够在各倍率下有效预测电池的健康状态和热特性，能够有效评估容量衰减状态和健康状态，以及有效预测容量衰退轨迹，容量保持率的最大绝对误差仅为2.616%，验证了模型的准确性和可靠性。本文研究可为电动汽车电池管理系统的开发提供理论基础。

关键词

锂离子电池 / 电化学热耦合模型 / SEI膜 / 遗传算法