【摘 要】
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本文以18650圆柱型动力锂离子电池为研究对象,建立二维轴对称有限元模型,并仿真分析锂离子电池结构对其温度分布的影响。研究电池热物性参数的补偿方法,以改善电池热模型的性
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本文以18650圆柱型动力锂离子电池为研究对象,建立二维轴对称有限元模型,并仿真分析锂离子电池结构对其温度分布的影响。研究电池热物性参数的补偿方法,以改善电池热模型的性能。降阶圆柱型电池的热传导方程,提高电池温度计算效率,应用遗传算法辨识电池的热物性参数,提高电池热模型精度。首先,通过拆解实验,明确了电池内部结构,确定了电池内部各结构的物理参数,并计算得到电池的热物性参数。在多物理场仿真软件COMSOL中,建立了圆柱型锂离子电池的二维轴对称有限元模型,通过对比各向同性和各向异性模型的仿真结果,验证了不同物理性质对电池温度分布的影响。结果表明,各向异性模型的仿真结果与实验数据的一致性更好。考虑不同部件,重新建立电池的异质模型,仿真分析了电池内部结构对电池温度场分布及模型准确性的影响。结果表明,电池内部结构对电池温度场分布及仿真结果有一定影响,但是对提高电池模型的表面温度仿真精度作用小。相比均匀介质模型,电池异质模型的计算时间大幅增加。采用电池电极卷绕层层间热阻和充放电倍率来补偿电池的热物性参数,所提出的方法大幅提高了模型的电池表面温度仿真精度。为提高仿真时效性,对电池热传导方程进行降阶为一维传热空间状态方程,可在Matlab软件中轻松实现电池温度分布的计算,显著提高了仿真效率。根据状态空间方程,使用遗传算法辨识优化得到不同充放电倍率工况下的热物性参数,并优化热物性参数与充放电倍率之间的线性关系,与COMSOL有限元模型相比,既保证了电池表面温度的仿真效率,又保证了模型仿真精度。
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