基于物理的锂离子电池模型连续统综述

源自多孔电极理论的基于物理的电化学电池模型是理解锂离子电池以及改进其设计和管理的一种非常强大的工具。不同的应用需要不同的模型保真度，从而需要不同的模型复杂度。例如，在电池设计中我们可以承受较长的计算时间和强大计算机的使用，而对于实时电池控制（如电动汽车中）我们需要使用简单设备执行非常快速的计算。因此，以较低计算成本保留大部分特征的简化模型被广泛使用。尽管在文献中我们经常发现这些简化模型是独立给出的，导致模型间的不一致，但它们实际上可以使用统一且系统的框架从更复杂的模型推导出来。在本综述中，我们展示了这一约简框架，从高精度微观尺度模型出发，一路约简至单粒子模型（SPM），并在过程中推导出其他常见模型，如 Doyle-Fuller-Newman（DFN）模型。我们还对各模型的优缺点进行了批判性讨论，有助于针对特定应用进行模型选择。最后，我们概述了模型可能的扩展，特别关注热模型。这些扩展中的任何一个都可纳入微观尺度模型并重新应用约简框架，从而产生新一代简化多物理场模型。