锂离子电池电芯故障排除和指南

固体活性材料中的锂/盐浓度不发生变化

确保所有固体活性材料已接电并与集流器建立电气连接。

如同不可压缩 CFD 计算中的速度和压力一样，锂/盐浓度与锂离子电势紧密相关。选择任意电势分布（例如，默认零势场）作为初始条件时，求解必须在第一个时间步内收敛。

在某些情况下，此收敛在前几次内部迭代期间被中断。SEI 表面过电位 $η$ （请参见 [Eqn. (4160)]）的值与求解值相差甚远，导致 SEI 单位电流 Eqn. (4158) 的计算虚假。此虚假计算会影响锂离子浓度求解器。

要解决此问题，通过将亚松弛因子设为零，在前几次内部迭代期间停用锂离子浓度求解器。

电解质中的均匀零锂/盐浓度对应于纯（即，非导热）溶剂。实际上，可能存在此类设置，但会破坏锂离子电池单元的可操作性，因此被视为输入错误。

当电极锂/盐浓度的精确值为 $c_{s} = 0$ 或 $c_{s} = c_{s, max}$ 时，SEI 单位电流对锂/盐浓度的导数将变为无限（请参见 Eqn. (4159)）。求解器变得不稳定。

在研究锂离子电池单元的形成过程时，将设置此类极端的初始条件。Simcenter STAR-CCM+ 中的实现无法处理此类情况。

但是，模拟可能接近这些设置：设置接近于这些限制的初始条件。

锂/盐浓度在电解质中局部耗尽或在固体电极中耗尽/饱和时出现收敛问题。

锂耗尽或饱和时，如果使用锂/盐浓度朝向 SEI 的一阶投影计算 Eqn. (4158)，数值格式将更加不稳定。要稳定算法，需要使用零阶投影。

要解决这些问题：

如果对锂离子电池电芯报告使用监视器，可能会发生此错误。

锂/盐浓度是守恒量。但是，由于模拟不收敛，因此锂/盐可能会错误地引入模拟。由于锂如此累积或损失，因此在 SOC 为 0% 和 100% 时，锂离子电池单元无法假设 OCV 对应于用户自定义的值。

此错误指示求解未正确收敛的问题。

高充电或放电电流可导致锂离子电池单元中出现较大的锂/盐浓度梯度。传输增强以及维持该梯度所需的浓度差随即会使电极或电解质快速耗尽或饱和（局部）。

锂离子电池单元模型可以处理固体电极中的锂耗尽与饱和情况，以及电解质中的盐耗尽情况。

锂耗尽或饱和时，如果使用锂/盐浓度朝向 SEI 的一阶投影计算 Eqn. (4158)，数值格式将更加不稳定。要稳定算法，需要使用零阶投影。

为了考虑得到的低阶格式，需要在 SEI 处使用棱柱层足够细化的网格。

锂耗尽或饱和模拟需要能够找到平衡态。在该平衡态下，SEI 处的反应驱动力将消失，即 Eqn. (4160) 中的 $η = 0$ 。可通过提供适当的电极平衡电势分布，确保存在此类平衡。如果不满足此要求，则需要激活防止电极耗尽。

当电解质耗尽时，激活防止电极耗尽可校正 SEI 表面过电位，使得在电解质中的盐耗尽时变为 $η = 0$ 。