鋰離子電池的產(chǎn)熱對其安全性和壽命有很重要的影響。本文基于COMSOL Multiphysics平臺,針對51 A·h三元軟包層疊式鋰離子電池,提出了其與電極對耦合的三維電化學-熱耦合有限元分析模型,結(jié)合響應面法研究正極厚度、極板寬度、正極極耳厚度、正極極耳寬度、負極極耳厚度、負極極耳寬度6個設(shè)計參數(shù)對溫度場的影響,通過線性加權(quán)組合法和隨機梯度下降法,求得降低電池平均溫升和最大溫差的最優(yōu)方案。結(jié)果表明,正極厚度對溫度場影響較大,與溫升正相關(guān),但是厚度小到一定程度后影響減弱。極板寬度與極耳尺寸的增加能降低放電末期電池的溫升;其數(shù)值在一定范圍內(nèi)時,電池的最大溫差達到最小值。這套優(yōu)化方案誤差小于2.68%,平均溫升降低2.93℃,最大溫差降低0.596℃,有助于提高電池的安全性和壽命,為其他電池的多目標熱優(yōu)化提供了參考。 

【文章來源】：儲能科學與技術(shù). 2020,9(06)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

三維電化學-熱耦合模型Fig.1Three-dimensionalelectrochemical-thermalcouplingmodel

儲能科學與技術(shù)2020年第9卷中基本遵循一條直線，表明復合相關(guān)系數(shù)R2靠近1，證明了近似函數(shù)模型的可靠性�；诰�性加權(quán)組合法，將多目標處理成一個新的目標函數(shù)，之后從隨機梯度下降法(SGD)[15]得到的解集里找到最優(yōu)解。新的目標函數(shù)如式(2)所示minF(x)={w2éêc(x)-cmincmax-cminùú2+(1-w)2éêD(x)-DminDmax-Dminùú2}1/2(2)式中，c(x)和D(x)代表響應參數(shù)，max和min代表最大值和最小值；w為權(quán)值，范圍在0和1之間。w值反映了響應參數(shù)的重要程度，其值越大，結(jié)果越有利于c(x)。一般w值都是根據(jù)經(jīng)驗所得。優(yōu)化過程的響應參數(shù)是電池的平均溫升Tave和最大溫差ΔTmax，這兩個參數(shù)對電池壽命和安全性均有較大影響，然而現(xiàn)階段沒有精確數(shù)值衡量影響程度，因此本文中定性認為這兩個值有同等的重要性[16]，因此w取值為0.5。設(shè)計參數(shù)的選擇要考慮成本和相關(guān)性，因此電池的設(shè)計參數(shù)包含正負極極耳的寬和厚，正極厚度以及極板的長和寬。為了不影響電池容量，在保證極板的面積是定值的基礎(chǔ)上調(diào)整極板的長和寬來研究極板尺寸對電池產(chǎn)熱的影響。電池放電倍率為1C，環(huán)境溫度為室溫。采取六因素三水平的實驗設(shè)計方案，取值范圍見表3。研究設(shè)計參數(shù)的交互影響時，其他設(shè)計參數(shù)均取中等值。1.3驗證實驗設(shè)計將電池置于溫度為(25±2)℃的高低溫防爆箱中，并將正負極耳連接至5V/300A恒翼能動力電池測試系統(tǒng)。將T型熱電偶貼在電池表面，利用多路溫度記錄儀測量電池表面溫度。圖4為電池的熱電偶布置。用0.33C(16.8A)的恒流充電

儲能科學與技術(shù)2020年第9卷中基本遵循一條直線，表明復合相關(guān)系數(shù)R2靠近1，證明了近似函數(shù)模型的可靠性�；诰�性加權(quán)組合法，將多目標處理成一個新的目標函數(shù)，之后從隨機梯度下降法(SGD)[15]得到的解集里找到最優(yōu)解。新的目標函數(shù)如式(2)所示minF(x)={w2éêc(x)-cmincmax-cminùú2+(1-w)2éêD(x)-DminDmax-Dminùú2}1/2(2)式中，c(x)和D(x)代表響應參數(shù)，max和min代表最大值和最小值；w為權(quán)值，范圍在0和1之間。w值反映了響應參數(shù)的重要程度，其值越大，結(jié)果越有利于c(x)。一般w值都是根據(jù)經(jīng)驗所得。優(yōu)化過程的響應參數(shù)是電池的平均溫升Tave和最大溫差ΔTmax，這兩個參數(shù)對電池壽命和安全性均有較大影響，然而現(xiàn)階段沒有精確數(shù)值衡量影響程度，因此本文中定性認為這兩個值有同等的重要性[16]，因此w取值為0.5。設(shè)計參數(shù)的選擇要考慮成本和相關(guān)性，因此電池的設(shè)計參數(shù)包含正負極極耳的寬和厚，正極厚度以及極板的長和寬。為了不影響電池容量，在保證極板的面積是定值的基礎(chǔ)上調(diào)整極板的長和寬來研究極板尺寸對電池產(chǎn)熱的影響。電池放電倍率為1C，環(huán)境溫度為室溫。采取六因素三水平的實驗設(shè)計方案，取值范圍見表3。研究設(shè)計參數(shù)的交互影響時，其他設(shè)計參數(shù)均取中等值。1.3驗證實驗設(shè)計將電池置于溫度為(25±2)℃的高低溫防爆箱中，并將正負極耳連接至5V/300A恒翼能動力電池測試系統(tǒng)。將T型熱電偶貼在電池表面，利用多路溫度記錄儀測量電池表面溫度。圖4為電池的熱電偶布置。用0.33C(16.8A)的恒流充電

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于多尺度鋰離子電池電化學及熱行為仿真實驗研究[J]. 張志超,鄭莉莉,杜光超,戴作強,張洪生.  儲能科學與技術(shù). 2020(01)
[3]三維鋰離子單電池電化學-熱耦合模型[J]. 張立軍,李文博,程洪正.  電源技術(shù). 2016(07)
[4]車用動力鋰離子電池熱模擬與熱設(shè)計的研發(fā)狀況與展望[J]. 張劍波,吳彬,李哲.  集成技術(shù). 2014(01)

碩士論文
[1]車用鋰離子電池熱分析[D]. 史玉軍.昆明理工大學 2017
[2]某重型汽車車架多目標拓撲優(yōu)化設(shè)計及其有限元分析[D]. 崔偉.湖南大學 2012



本文編號：3018853