Nghiên cứu và mô hình hóa pin Lithium-Ion
Email tác giả liên hệ:
duongva@hcmute.edu.vnDOI:
https://doi.org/10.54644/jte.2025.1849Từ khóa:
Lithium – ion, Pin, Mô hình điện hóa, TDMA, Mô hình hóaTóm tắt
Trước nhu cầu ngày càng gia tăng của pin Lithium-ion (Li-ion) trong các thiết bị điện tử cá nhân và hệ thống lưu trữ năng lượng, việc mô hình hóa hành vi vận hành của pin trở nên thiết yếu nhằm phục vụ thiết kế tối ưu và điều khiển hiệu quả. Trong số các vật liệu cathode, Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO₂ – NMC) được chú ý nhờ mật độ năng lượng cao, tuổi thọ chu kỳ dài và khả năng thích ứng với nhiều điều kiện vận hành. Nghiên cứu này xây dựng mô hình mô phỏng quá trình sạc/xả pin Li-ion sử dụng cathode NMC bằng hệ phương trình vi phân từng phần (PDEs), mô tả chi tiết động học điện hóa, bảo toàn khối lượng và điện tích. Phương pháp phần tử hữu hạn được triển khai trên Matlab để tính toán và khảo sát sự phân bố điện thế, mật độ dòng và nồng độ ion. Mô phỏng được thực hiện tại các tốc độ sạc/xả 1C, 2C và 10C. Các tốc độ này đại diện cho các chế độ vận hành thực tế: 1C phản ánh điều kiện tiêu chuẩn giúp tối ưu tuổi thọ pin; 2C là mức tải trung bình; trong khi 10C biểu thị điều kiện tải cao, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu công suất lớn như xe điện. Kết quả mô phỏng cung cấp nền tảng cơ sở lý thuyết cho việc tối ưu hóa thiết kế và kiểm soát pin, hoặc tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên nghiên cứu.
Tải xuống: 0
Tài liệu tham khảo
Y. Li, Z. Tan, and W. Zhang, Electrochemical and Thermal Modeling of Li-ion Batteries. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2021. doi: 10.1201/9781003090839.
D. Parikh, J. Allen, and R. Kee, “Elucidation of separator effect on energy density of Li-ion batteries,” J. Electrochem. Soc., vol. 166, no. 10, pp. A2129–A2138, 2019, doi: 10.1149/2.0231910jes. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0571914jes
S. Klick, M. Schulze, and H. Müller, “The influence of electrolyte volume on calendaric aging of lithium-ion batteries,” J. Energy Storage, vol. 32, p. 101801, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.est.2020.101801. DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101801
R. Ranom, A. Zaki, and S. N. S. Ibrahim, “The effect of electrolyte parameter variation upon the performance of lithium iron phosphate (LiFePO4),” Indonesian J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 28, no. 3, pp. 1329–1337, Dec. 2022, doi: 10.11591/ijeecs.v28.i3.pp1329-1337. DOI: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v28.i1.pp58-66
C. Zou, C. Manzie, and D. Nešić, “Simplification techniques for PDE-based Li-ion battery models,” Automatica, vol. 129, p. 109599, Jul. 2021, doi: 10.1016/j.automatica.2021.109599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.automatica.2021.109599
A. Li, W. Wang, and C. Wang, “A review on lithium-ion battery separators towards enhanced safety performances and modelling approaches,” J. Electrochem. Soc., vol. 166, no. 10, pp. A1798–A1819, 2019, doi: 10.1149/2.0371910jes. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0371910jes
D. Miranda, C. M. Costa, and S. Lanceros-Méndez, “Modeling separator membranes physical characteristics for optimized lithium ion battery performance,” J. Power Sources, vol. 448, p. 227418, Feb. 2020, doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.227418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227418
D. N. T. Kien, N. V. Dung, “Nghiên cứu, mô hình hóa và mô phỏng Pin Lithium-Ion sử dụng cho ô tô điện bằng phần mềm Matlab/Simulink,” Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2025.
T. B. Chau and N. V. Hai, “Nghiên cứu mô hình nhiệt-đi động học của pin lithium-ion 18650 bằng phương pháp số,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Hàng hải, no. 74, pp. 36–40, 2024.
J. M. Tarascon and M. Armand, “Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries,” Nature, vol. 414, no. 6861, pp. 359–367, Nov. 2001. DOI: https://doi.org/10.1038/35104644
M. Armand and J. M. Tarascon, “Building better batteries,” Nature, vol. 451, no. 7179, pp. 652–657, Feb. 2008. DOI: https://doi.org/10.1038/451652a
A. S. Borakhadikar, “One dimensional computer modeling of a lithium-ion battery,” 2017. [Online]. Available: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:55707153.
K. A. Smith, C. D. Rahn, and C. Y. Wang, “Control oriented 1D electrochemical model of lithium ion battery,” Energy Conversion and Management, vol. 48, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2007.03.015
Y. Bandara, “Mathematical and numerical modelling of lithium battery,” Master thesis, University of Stavanger, Norway, 2021. [Online]. Available: https://uis.brage.unit.no/uis-xmlui/handle/11250/2786806.
A. Rajan, A. McGordon, W. D. Widanage, and P. Jennings, “Modified electrochemical parameter estimation of NCR18650BD battery using implicit finite volume method,” Journal of Power Sources, vol. 342, pp. 934–947, Mar. 2017.
A. K. Alshara, “Analytical Study of Heat Transfer Enhancement Due to Internal Oscillating Flow at Constant Heat Flux,” Ph.D. dissertation, Dept. Mechanical Eng., Univ. of Technology, Baghdad, Iraq, 2006, doi: 10.13140/RG.2.2.28303.41122.
Tải xuống
Đã Xuất bản
Cách trích dẫn
Giấy phép
Bản quyền (c) 2025 Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ Thuật
Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép quốc tế Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 .
Bản quyền thuộc về JTE.
