而慢波速度V2则与电极孔隙率的关系非常大,V2随电极孔隙率的变化如下图所示,鉴于石墨负极在完全不嵌锂的状态下,典型的空隙率为30%左右,因此空隙率的范围设定为10%-40%。从下图中可以看到,随着负极极片的空隙率的降低,V2的速度快速增加。
声波的波长可以用λ=c/?计算,其中λ为波长,c为声速,?为频率。对于200KHz的超声波,快波的波长要超过20mm,而在电池的不同SoC状态下,慢波的波长可以从0.59-0.73mm之间变化,由于快波的波长较长,锂离子电池的结构基本上不会对其传播造成显著的影响。但是由于慢波的速率与电极层的厚度十分接近,因此会导致声波波长变化的因素都会导致慢波传播行为的改变,从上式中我们可以看到引起声波波长变化的因素主要有频率和传播速度,其中频率是我们施加给电池的,不受电池因素的影响。而声波的传播速度,是受到锂离子电池电极参数(孔隙率)的影响。超声波频率和电极参数改变,导致慢波反馈信号改变的趋势如下图所示。从图上我们可以注意到一旦超声波的波长的数量级与电极层厚度接近,声波在电池内传播的衰减就会迅速增加,因此通过优化超声波的频率可以显著的提高超声探测的灵敏度。由于在充电和放电过程中,声波在负极材料中的传播速度呈现出线性变化,因此慢波反馈信号的高度也呈现出线性变化的趋势。
Lukas Gold的工作为锂离子电池SoC的预测提供了一种全新的思路,该方法不依赖于点测量,而是依靠超声波探测负极结构变化,计算出负极的嵌锂状态,进而获得电池SoC。该方法简单直接,精度高(充电过程误差仅有3.5%,大倍率放电误差稍大,还需要进一步探索),不需要对锂离子电池进行建模,极大的降低了SoC预测的难度,是一种十分具有潜力的方法。
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