鋰離子電池的產(chǎn)熱對(duì)其安全性和壽命有很重要的影響。本文基于COMSOL Multiphysics平臺(tái),針對(duì)51 A·h三元軟包層疊式鋰離子電池,提出了其與電極對(duì)耦合的三維電化學(xué)-熱耦合有限元分析模型,結(jié)合響應(yīng)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(fù)極極耳厚度、負(fù)極極耳寬度6個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響,通過(guò)線性加權(quán)組合法和隨機(jī)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(duì)溫度場(chǎng)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(shí),電池的最大溫差達(dá)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(biāo)熱優(yōu)化提供了參考。 

【文章來(lái)源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(06)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

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

儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)2020年第9卷中基本遵循一條直線，表明復(fù)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。基于線性加權(quán)組合法，將多目標(biāo)處理成一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)，之后從隨機(jī)梯度下降法(SGD)[15]得到的解集里找到最優(yōu)解。新的目標(biāo)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(yīng)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(yīng)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(yàn)所得。優(yōu)化過(guò)程的響應(yīng)參數(shù)是電池的平均溫升Tave和最大溫差ΔTmax，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)電池壽命和安全性均有較大影響，然而現(xiàn)階段沒(méi)有精確數(shù)值衡量影響程度，因此本文中定性認(rèn)為這兩個(gè)值有同等的重要性[16]，因此w取值為0.5。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇要考慮成本和相關(guān)性，因此電池的設(shè)計(jì)參數(shù)包含正負(fù)極極耳的寬和厚，正極厚度以及極板的長(zhǎng)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(zhǎng)和寬來(lái)研究極板尺寸對(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，取值范圍見(jiàn)表3。研究設(shè)計(jì)參數(shù)的交互影響時(shí)，其他設(shè)計(jì)參數(shù)均取中等值。1.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將電池置于溫度為(25±2)℃的高低溫防爆箱中，并將正負(fù)極耳連接至5V/300A恒翼能動(dòng)力電池測(cè)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(cè)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(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)2020年第9卷中基本遵循一條直線，表明復(fù)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(biāo)處理成一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)，之后從隨機(jī)梯度下降法(SGD)[15]得到的解集里找到最優(yōu)解。新的目標(biāo)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(yīng)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(yīng)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(yàn)所得。優(yōu)化過(guò)程的響應(yīng)參數(shù)是電池的平均溫升Tave和最大溫差ΔTmax，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)電池壽命和安全性均有較大影響，然而現(xiàn)階段沒(méi)有精確數(shù)值衡量影響程度，因此本文中定性認(rèn)為這兩個(gè)值有同等的重要性[16]，因此w取值為0.5。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇要考慮成本和相關(guān)性，因此電池的設(shè)計(jì)參數(shù)包含正負(fù)極極耳的寬和厚，正極厚度以及極板的長(zhǎng)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(zhǎng)和寬來(lái)研究極板尺寸對(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，取值范圍見(jiàn)表3。研究設(shè)計(jì)參數(shù)的交互影響時(shí)，其他設(shè)計(jì)參數(shù)均取中等值。1.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將電池置于溫度為(25±2)℃的高低溫防爆箱中，并將正負(fù)極耳連接至5V/300A恒翼能動(dòng)力電池測(cè)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(cè)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]帶有方差減小的加權(quán)零階隨機(jī)梯度下降算法[J]. 魯淑霞,張羅幻,蔡蓮香,孫麗麗.  河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(05)
[2]基于多尺度鋰離子電池電化學(xué)及熱行為仿真實(shí)驗(yàn)研究[J]. 張志超,鄭莉莉,杜光超,戴作強(qiáng),張洪生.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(01)
[3]三維鋰離子單電池電化學(xué)-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(dòng)力鋰離子電池?zé)崮M與熱設(shè)計(jì)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?zé)岱治鯷D]. 史玉軍.昆明理工大學(xué) 2017
[2]某重型汽車車架多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及其有限元分析[D]. 崔偉.湖南大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3018853