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锂电池机理模型仿真及其在相变散热中的应用
| 论文题名： | 锂电池机理模型仿真及其在相变散热中的应用 |
| 关键词： | 电动汽车;锂电池;相变散热;参数辨识;电化学模型 |
| 摘要： | 近些年，在国家政策的大力推动下，新能源汽车行业发展迅速。但随着电动汽车应用逐渐增加，近两年电动汽车自燃事故频频发生。对于热管理系统设计，可以通过建立可靠的电池模型进行热仿真，进一步通过优化电池散热参数进行优化，得到最佳电池散热方式，使电池的温度维持在一定范围内。相比于实验方法，数值模拟能节省时间成本和经济成本。相比于常用的等效电路模型，伪二维模型具有较高的理论精度，但伪二维模型有大量互相耦合的偏微分方程，且涉及参数众多，而参数测量往往时间成本和经济成本较高，因此对伪二维模型进行简化和参数辨识的研究尤为关键。 本文主要围绕电池电化学模型的参数辨识及电化学仿真在相变散热中的应用。以18650圆柱电池为实验对象，建立了电池的简化电化学模型，结合实测电压曲线，利用遗传算法进行参数辨识。然后，利用辨识得到的参数，对电池进行电池散热仿真和多参数优化。主要研究工作如下： （1）调研了当前频频发生的电动汽车热安全事故，反映了电池散热的重要意义，以及电池电化学模型进行仿真所存在的参数辨识困难的问题，引出了研究背景和意义。此外，调研了目前电池模型、参数辨识、电池冷却方式的研究现状。 （2）建立了简化P2D模型，即SP2D模型，并阐述了电化学-热模型的生热机理和相关热物性参数的计算表达式。本文的SP2D模型是在P2D模型的基础上对固相锂离子浓度和液相锂离子浓度进行了多项式分布简化。 （3）在MATLAB/simulink中完成了SP2D模型的构建及参数辨识。利用文献的参数和结果对SP2D模型的可靠性进行验证。在0.05C和2C这两种不同倍率恒流放电工况下，对模型进行不同放电深度下的平均敏感性指数分析。利用两种工况下的实测电压曲线，结合遗传算法，分别对cs,0,n、cs,0,p和Ds,n、Ds,p、ks,n、ks,p、RSEI,n、RSEI,p进行参数辨识。 （4）利用第三章中辨识的参数，在COMSOL中对电池进行石蜡-膨胀石墨相变散热仿真，并用实验结果进行验证。其中石蜡/膨胀石墨复合相变材料，考虑三种不同相变温度的石蜡，膨胀石墨与石蜡的质量比分别采用0（纯石蜡）、0.04，0.06，0.08。此外，利用COMSOL的优化模块，对石蜡/膨胀石墨-泡沫铜散热系统中的膨胀石墨体积分数、电池间距、泡沫铜厚度进行参数优化，在保持模组的最大温度和最大温差在一定范围内的同时，使得电池散热系统的总质量最小。 |
| 作者： | 苏泳健 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘伟嵬;赵丹阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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