有限体积法与核壳增强单颗粒模型的可观测性分析——用于锂铁磷酸电池
系统与控制
2024-10-21 v1 系统与控制
摘要
锂铁磷酸 (LFP) 电池在电动汽车中的采用日益增长，得益于其经济实惠、丰富的物料供应以及安全优势。然而，在控制/估计不可测量的 LFP 状态（如电荷态 (SOC)）时面临挑战，这些状态的开路电压呈平坦态、存在滞后现象，以及在插/脱电过程中存在路径依赖动态。核壳平均增强单颗粒模型 (CSa-ESPM) 通过偏微分代数方程 (PDAE) 有效地捕捉了 LFP 电池的电化学动力学和相变行为。这些控制 PDAE 包括一个移动边界常微分方程 (ODE)，在采用有限差分法 (FDM) 时需要细致的空间网格才能获得准确且稳定的解。由此导致的计算成本高昂，难以用于电池管理系统算法的设计。本文证明，有限体积法 (FVM) 能够有效离散化 CSa-ESPM，并在保证多次运行中质量守恒的前提下，使用不足 4 个控制体积即可获得准确解。所得的基于 FVM 的降阶控制-oriented CSa-ESPM 通过各种 C 率负载曲线进行了实验验证，其可观测性通过非线性可观测性分析进行了评估。结果表明，不同的电流输入和离散方程数量会影响模型的可观测性，发现了固相浓度梯度微乎其微的不可观测区域。
引用
@article{arxiv.2410.14032,
title = {Finite-volume method and observability analysis for core-shell enhanced single particle model for lithium iron phosphate batteries},
author = {Le Xu and Simone Fasolato and Simona Onori},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.14032},
year = {2024}
}
备注
6 pages, 4 figures