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模型的数学表达。基于充放电实验的实验数据应用多项式拟合方法建立了1D膨胀位移模型,最终模型在0.5C、1C、1.5C和2C放电倍率条件下的预测结果的均方根误差(RMSE)分别为1.1296μm、1.5528μm、1.2381μm和1.5692μm,所提出的1D膨胀位移模型可以准确预测各种放电速率下的锂离子电池膨胀位移。(4)基于锂离子电池在试验台中不同情况的准静态过程中的力平衡,将无约束时的膨胀位移与有约束时的膨胀力耦合关联,确定了1D膨胀力模型的耦合方程。基于充放电实验的实验数据应用LM法估计了1D膨胀力模型的待估参数,最终模型在不同预载荷不同放电倍率情况下的预测结果较好,所提出的1D膨胀力模型可以准确预测任何预载荷下的锂离子电池膨胀力变化。