方形三元锂离子电池单体膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型的研究
发布时间：2022-08-06 21:44
随着人们环保意识的增强,以及当今世界能源短缺与环境污染的现状,汽车行业专注于开发环保节能型汽车的研制,但当今新能源汽车中的锂离子电池存在的问题限制了其进一步的发展。为了解决目前电池存在的一些问题,本文设计了锂离子电池膨胀力及位移测试试验台,通过有限元仿真与电池充放电实验验证了试验台的可靠性,并以通过试验台获得的电池充放电数据为基础,基于参数识别建立了锂离子电池单体唯象多物理模型,包括1D膨胀位移模型和1D膨胀力模型。本文研究内容具体包括:（1）设计了锂离子电池膨胀力及位移测试试验台各个系统的硬件,重点设计开发了试验台测试系统中的测试装置,并通过结构分析比较了不同设计方案的优劣性;编写了试验台数据采集程序。（2）提出了一种在有限元仿真过程中等效锂离子电池由于充放电引起的膨胀现象的方法,即将电池仅由温度变化引起的膨胀与实际充放电过程中由热-机-电耦合作用产生的膨胀等效,完成了试验台的有限元仿真验证;通过分析试验台获得的实验数据完成了试验台的可靠性验证。（3）基于锂离子电池表面温度变化的不同将1D膨胀位移模型分为锂离子嵌入膨胀位移模型与热膨胀位移模型两部分,并基于热膨胀理论推导得到热膨胀位移...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 锂离子电池
1.2.1 锂离子电池分类
1.2.2 锂离子电池反应机理
1.2.3 锂离子电池反应热行为
1.3 锂离子电池体积变化研究现状
1.4 锂离子电池力学性能研究现状
1.5 课题研究目标及主要内容
第二章 锂离子电池膨胀力及位移测试试验台的开发
2.1 引言
2.2 试验台硬件部件
2.2.1 锂离子电池充放电系统
2.2.2 环境控制系统
2.2.3 锂离子电池测试系统
2.2.4 数据采集系统
2.2.5 锂离子电池膨胀力及位移测试试验台具体实验方法
2.3 软件部分
2.3.1 膨胀力的采集程序
2.3.2 膨胀位移的采集程序
2.4 本章小结
第三章 试验台有限元仿真及试验验证
3.1 引言
3.2 试验台有限元仿真分析方法
3.2.1 热力耦合的能量守恒方程
3.2.2 热力耦合的有限元方程
3.3 试验台有限元仿真过程及结果
3.3.1 试验台三维仿真模型的建立
3.3.2 试验台三维仿真模型参数
3.3.3 锂离子电池三维仿真模型参数
3.3.4 有限元仿真结果分析
3.4 试验验证及数据分析
3.4.1 膨胀位移数据
3.4.2 膨胀力数据
3.4.3 膨胀力-膨胀位移数据
3.5 本章小结
第四章 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型的建立方法
4.1 引言
4.2 1D膨胀位移模型
4.2.1 1D膨胀位移模型原理
4.2.2 1D膨胀位移模型所需的充放电实验
4.3 1D膨胀力模型
4.3.1 1D膨胀力模型原理
4.3.2 1D膨胀力模型所需要的充放电实验
4.4 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型拟合方法
4.4.1 多项式回归拟合
4.4.2 基于LM法的非线性最小二乘
4.5 本章小结
第五章 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型的建立与验证
5.1 引言
5.2 1D膨胀位移模型
5.2.1 锂离子嵌入膨胀位移模型
5.2.2 热膨胀位移模型
5.2.3 核心温度模型在1D膨胀位移模型中的作用
5.3 1D膨胀力模型
5.3.1 电池等效刚度参数化
5.3.2 1D膨胀力模型
5.3.3 不同预载荷条件对电池实际放电容量的影响
5.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]软包锂离子电池应力特性及其建模[J]. 尤贺泽,戴海峰,于臣臣,魏学哲. 同济大学学报(自然科学版). 2020(02)
[2]基于SOC-OCV曲线特征的SOH估计方法研究[J]. 刘轶鑫,张頔,李雪,韩智强. 汽车工程. 2019(10)
[3]基于多时间尺度的锂离子电池SOC和SOH联合估计[J]. 王慧乐,叶康龙,张顺风. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2019(09)
[4]软包锂离子电池模块结构压力的优化[J]. 张军,韩旭,胡春姣,张华平,张练达. 汽车工程. 2016(06)
[5]基于LM法的光束法平差巡视器导航定位[J]. 马友青,贾永红,刘少创,贾阳. 东北大学学报(自然科学版). 2014(04)
[6]热电偶的使用[J]. 牟宏钧,唐惠龙. 科技风. 2012(14)
博士论文
[1]电动汽车对中国典型区域的空气质量和人体健康影响研究[D]. 柯文伟.清华大学 2017
[2]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[3]锂离子电池多物理模型参数辨识及健康特征提取[D]. 张立强.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]电动汽车的充电负荷预测方法研究[D]. 张永.南京邮电大学 2019
[2]基于区间应力的锂离子电池容量估计及寿命预测研究[D]. 任鹏博.北京交通大学 2019
[3]锂离子电池荷电状态与健康状态观测器的算法研究[D]. 孟程.哈尔滨工业大学 2019
[4]税收优惠对中国汽车产业科技创新的影响效应分析[D]. 巩双.上海海关学院 2019
[5]盘式制动器热—机耦合特性仿真分析与结构优化[D]. 许增辉.浙江大学 2018
[6]压力对软包锂离子电池性能的影响及对策研究[D]. 邹舜章.湖南大学 2017
[7]纯电动汽车电池组被动式液冷散热系统仿真分析与优化[D]. 曹明伟.合肥工业大学 2017
[8]锂离子电池热应力分析及厚度变化的研究[D]. 史启通.北京有色金属研究总院 2014
[9]基于UV油墨的3D打印数学模型及质量控制研究[D]. 王焕美.华南理工大学 2014
本文编号：3670418
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 锂离子电池
1.2.1 锂离子电池分类
1.2.2 锂离子电池反应机理
1.2.3 锂离子电池反应热行为
1.3 锂离子电池体积变化研究现状
1.4 锂离子电池力学性能研究现状
1.5 课题研究目标及主要内容
第二章 锂离子电池膨胀力及位移测试试验台的开发
2.1 引言
2.2 试验台硬件部件
2.2.1 锂离子电池充放电系统
2.2.2 环境控制系统
2.2.3 锂离子电池测试系统
2.2.4 数据采集系统
2.2.5 锂离子电池膨胀力及位移测试试验台具体实验方法
2.3 软件部分
2.3.1 膨胀力的采集程序
2.3.2 膨胀位移的采集程序
2.4 本章小结
第三章 试验台有限元仿真及试验验证
3.1 引言
3.2 试验台有限元仿真分析方法
3.2.1 热力耦合的能量守恒方程
3.2.2 热力耦合的有限元方程
3.3 试验台有限元仿真过程及结果
3.3.1 试验台三维仿真模型的建立
3.3.2 试验台三维仿真模型参数
3.3.3 锂离子电池三维仿真模型参数
3.3.4 有限元仿真结果分析
3.4 试验验证及数据分析
3.4.1 膨胀位移数据
3.4.2 膨胀力数据
3.4.3 膨胀力-膨胀位移数据
3.5 本章小结
第四章 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型的建立方法
4.1 引言
4.2 1D膨胀位移模型
4.2.1 1D膨胀位移模型原理
4.2.2 1D膨胀位移模型所需的充放电实验
4.3 1D膨胀力模型
4.3.1 1D膨胀力模型原理
4.3.2 1D膨胀力模型所需要的充放电实验
4.4 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型拟合方法
4.4.1 多项式回归拟合
4.4.2 基于LM法的非线性最小二乘
4.5 本章小结
第五章 膨胀力-膨胀位移的唯象多物理模型的建立与验证
5.1 引言
5.2 1D膨胀位移模型
5.2.1 锂离子嵌入膨胀位移模型
5.2.2 热膨胀位移模型
5.2.3 核心温度模型在1D膨胀位移模型中的作用
5.3 1D膨胀力模型
5.3.1 电池等效刚度参数化
5.3.2 1D膨胀力模型
5.3.3 不同预载荷条件对电池实际放电容量的影响
5.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]软包锂离子电池应力特性及其建模[J]. 尤贺泽,戴海峰,于臣臣,魏学哲. 同济大学学报(自然科学版). 2020(02)
[2]基于SOC-OCV曲线特征的SOH估计方法研究[J]. 刘轶鑫,张頔,李雪,韩智强. 汽车工程. 2019(10)
[3]基于多时间尺度的锂离子电池SOC和SOH联合估计[J]. 王慧乐,叶康龙,张顺风. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2019(09)
[4]软包锂离子电池模块结构压力的优化[J]. 张军,韩旭,胡春姣,张华平,张练达. 汽车工程. 2016(06)
[5]基于LM法的光束法平差巡视器导航定位[J]. 马友青,贾永红,刘少创,贾阳. 东北大学学报(自然科学版). 2014(04)
[6]热电偶的使用[J]. 牟宏钧,唐惠龙. 科技风. 2012(14)
博士论文
[1]电动汽车对中国典型区域的空气质量和人体健康影响研究[D]. 柯文伟.清华大学 2017
[2]动力锂电池的建模、状态估计及管理策略研究[D]. 汪玉洁.中国科学技术大学 2017
[3]锂离子电池多物理模型参数辨识及健康特征提取[D]. 张立强.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]电动汽车的充电负荷预测方法研究[D]. 张永.南京邮电大学 2019
[2]基于区间应力的锂离子电池容量估计及寿命预测研究[D]. 任鹏博.北京交通大学 2019
[3]锂离子电池荷电状态与健康状态观测器的算法研究[D]. 孟程.哈尔滨工业大学 2019
[4]税收优惠对中国汽车产业科技创新的影响效应分析[D]. 巩双.上海海关学院 2019
[5]盘式制动器热—机耦合特性仿真分析与结构优化[D]. 许增辉.浙江大学 2018
[6]压力对软包锂离子电池性能的影响及对策研究[D]. 邹舜章.湖南大学 2017
[7]纯电动汽车电池组被动式液冷散热系统仿真分析与优化[D]. 曹明伟.合肥工业大学 2017
[8]锂离子电池热应力分析及厚度变化的研究[D]. 史启通.北京有色金属研究总院 2014
[9]基于UV油墨的3D打印数学模型及质量控制研究[D]. 王焕美.华南理工大学 2014
本文编号：3670418
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