电池状态描述

电池状态由开路(电芯)电压 (OCV)、充电状态 (SOC) 和容量 (CAP) 描述。可以在运行仿真之前确定电池状态。它可用于在运行主模拟之前调整几何或材料属性,并设置电极摩尔浓度的初始条件。

OCV 被定义为电池电芯无限期放置时渐近逼近的电池电芯电压。根据经验而言,通常通过测量电池电芯放置几个小时后正、负集流器之间的电压差得出此物理量的值。对于处于完全平衡(即,化学计量为常数)的电池电芯, O C V 计算如下:
O C V ⁢ = U e q , + ( y ¯ ) − U e q , − ( x ¯ )
(4245)
其中 U e q , + ( y ¯ ) 和 U e q , − ( x ¯ ) 是正负电极活性材料的相对镀锌平衡电势。 y ¯ 和 x ¯ 表示其各自的(平均)化学计量(或利用率),求值如下:
y ¯ = ∫ + c d V c s , max , + V + = c + ¯ c s , max,+
(4246)
x ¯ = ∫ − c d V c s , max, -   V -   = c − ¯ c s , max, -  
(4247)
其中, c 是锂离子电池浓度, c s , max ⁡   是固体中嵌锂的最大浓度,由 Butler Volmer 方程Eqn. (4226) 定义。
SOC 则定义为:
S O C = { 1 i f O C V = O C V s o c = 1 0 i f O C V = O C V s o c = 0
(4248)
其中 O C V = O C V s o c = 1 是电池完全充电时的指定电压,而 O C V = O C V s o c = 0 是电池被视为完全放电时的指定电压(通常是下限截止电压)。
注过度充电以及深度放电会导致 S O C ∉ [ 0 , 1 ] 。
电池电芯的容量取决于可从一个电极传递到其他电极的锂(离子)的最大量(范围为 O C V = [ O C V S O C = 0 , O C V S O C = 1 ] )。集总模型在电池电芯报告中用于计算电池电芯容量:
C A P = n -   | 1 S O C = 0 F = ( n -   | S O C = 1 - n -   | S O C = 0 ) F
(4249)
其中 n -   为存储在负电极中的锂摩尔数,而 F 为法拉第常数。