锂离子电池微观模型的降阶计算方法

Lithium ion batteries are nowadays the omnipresent sources of energy for almost all non-stationary electric devices. The fast and accurate numerical methods are important for the design and develop of high quality lithium ion batteries. In this project, we focus on the design of model order reduction algorithms for microscopic lithium ion battery model. We will consider both isothermal model and electrochemical-thermal model, where the varying parameters are taken to be the applied operation conditions as well as the shape and size of particles in electrodes. By constructing a proper posteriori error estimator, desinging stable algorithms to enrich the basis space for both solutions and nonlinear terms and deviding properly the off-line phase and on-line phase, we will establish fast and accurate reduced order methods for the simulation of lithium ion battery.

锂离子电池是当今各种移动电子设备和电动交通工具的主要能源，具有广阔的应用前景。快速准确的数值模拟算法对锂离子电池的设计和开发十分重要，具有重大的工程应用价值。本项目主要研究锂离子电池微观模型的降阶计算方法。研究的主要内容包括分别在恒温和热电效应条件下考虑模型以操作条件、电极粒子结构和大小为参数时，如何构造能够对所有模型参数值对应的解都能得到合理精度的快速降阶计算方法。通过构造恰当的后验误差估计子、设计同时丰富解空间和非线性项逼近空间的稳定算法和合理划分离线阶段和在线阶段，本项目最终将为锂离子电池的实际模拟和设计提供快速准确的降阶计算方法。

在当今数字和智能化时代，锂离子电池是各种移动电子设备和电动交通工具的主要能源，具有广阔的应用前景。研究快速准确的数值模拟算法对锂离子电池的设计和开发十分重要，具有重大的工程应用价值。本项目主要研究锂离子电池微观模型的降阶计算方法。研究的主要内容包括分别在恒温和热电效应条件下考虑模型以操作条件、电极粒子结构和大小为参数时，如何构造能够对所有模型参数值对应的解都能得到合理精度的快速降阶计算方法。通过研究锂离子电池内部扩散的基于HDG离散系统的两水平方法，本项目首先得到了离散全模型的可行求解方法。基于该方法，结合恰当的后验误差估计子、设计同时丰富解空间和非线性项逼近空间的稳定算法和合理划分离线阶段和在线阶段，本项目针对二维微观尺度的锂离子电池建立了降阶计算的模型和算法，新算法适用于变换参数分别为应用电流强度、电池内部温度、颗粒尺寸等参数，能够在与传统全模型模拟精度相当的情况下极大提高模拟速度。同时，本项目将二维结果向三维情形进行了扩展和探讨，初步建立了三维微观尺度锂离子模拟的降阶计算模型和算法框架，能够针对应用电流强度和温度等基本操作参数进行快速准确的降阶计算。本项目的研究为锂离子电池的实际模拟和设计提供快速准确的降阶计算方法，将极大提升新电池开发的效率。