变形模式下的锂电池模块多场建模分析及结构设计

发布时间：2022-10-10 15:34

　　锂离子电池由于其能量密度高、功率密度高以及循环寿命长而被用作汽车动力电池。然而,在锂电池的应用中,依然存在着一些问题。比如当锂离子电池受外力而过度变形或电池本身温度过高时,都会导致电池发生膨胀甚至起火爆炸。因此,锂电池的相关应用以及使用安全性成为了人们关注的焦点和研究的重点。本文设计了一种新的电池模块结构来组成汽车动力电池包。比起其他电池模块结构,这种结构的设计基于蜂窝结构并使用加强骨架来增加结构的强度。而且,这种结构能够更好地保护内部的电池,提高电池包的安全性。在整个设计过程中,本文根据电池平面压缩试验得到的数据,采用参数反求算法来获得电池的材料参数,构建电池有限元模型;同时,由于电池模块有限元模型计算成本过高,本文采用空间映射算法来优化模块结构。结果显示,电池优化后的应力大小以及应力分布都得到了显著改善,并且比起传统的优化算法,计算成本显著下降。本文提出了一种针对变形电池的等效电路模型,并且将形变量作为参数导入模型中,使得电池模型的参数与电池荷电状态、电池表面温度以及电池形变量有关。之后,根据变形电池脉冲放电试验获得的数据,采用差分进化算法反求模型参数,并利用从脉冲充电试验和其他形... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 锂离子电池有限元模型的国内外研究现状
    1.3 电池模型的国内外研究研究现状
        1.3.1 电池电模型研究现状
        1.3.2 电池耦合模型的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 基于锂电池模块的材料参数获取
    2.1 引言
        2.1.1 18650锂离子电池材料参数反求电池压缩试验
        2.1.2 18650电池的有限元模型构建
        2.1.3 电池材料参数反求
    2.2 铝合金6061-T6 的材料参数获取
        2.2.1 铝合金拉伸试验
        2.2.2 铝合金的材料参数获取
    2.3 本章小结
第3章 基于蜂窝结构的锂离子电池模块结构设计与优化
    3.1 引言
    3.2 锂离子电池模块结构设计
    3.3 锂离子电池模块有限元模型验证
        3.3.1 锂离子电池模块的准静态压缩试验
        3.3.2 模块有限元模型验证
    3.4 初始电池模块结构的有限元模型构建
    3.5 信赖域空间映射
        3.5.1 信赖域空间映射算法
        3.5.2 数值算例
    3.6 电池模块结构优化
        3.6.1 锂离子电池模块的粗糙模型
        3.6.2 模块结构优化
    3.7 本章小结
第4章 电池模块变形时的多场耦合模型
    4.1 引言
    4.2 变形电池电响应
        4.2.1 试验仪器设置
        4.2.2 OCV-SOC曲线
        4.2.3 变形电池脉冲放电试验
    4.3 变形电池的等效电路模型及其参数反求
        4.3.1 变形电池的等效电路模型
        4.3.2 基于差分进化算法的等效电路模型参数反求
            4.3.2.1 参数反求算法
            4.3.2.2 等效电路模型参数反求
            4.3.2.3 反求结果验证
    4.4 电池模块变形时的多场耦合模型构建
        4.4.1 锂电池产热模型构建
        4.4.2 锂电池多场耦合模型耦合方法
        4.4.3 单电池变形时的多场耦合模型
        4.4.4 电池模块变形时的多场耦合模型
            4.4.4.1 电池多向变形时的等效电路模型验证
            4.4.4.2 模块变形时的电-热耦合模型构建
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接顺序对6061-T6铝合金矩形焊缝焊接残余应力及变形量的影响[J]. 李灿,傅定发,王冠,向东,李落星.  机械工程材料. 2012(07)



本文编号：3689895