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原文传递动力电池包多目标优化设计

论文题名：	动力电池包多目标优化设计
关键词：	电动汽车;动力电池包;散热特性;振动特性;多目标优化;代理模型
摘要：	动力电池包是电动汽车最为重要的部件之一，它能否正常工作将影响电动汽车的性能。一方面，对于动力电池包来说，温度控制是系统核心工作之一，因此对动力电池进行散热是电动汽车研发过程中必不可少的工作。另一方面，汽车底部的电池包常面临一些极端工况，这些工况下动力电池包振动会产生变形，变形量过大会威胁电池乃至整车的安全，所以对动力电池包的振动变形的控制也是至关重要的。但是现在很少有学者综合研究动力电池包的散热工况与振动工况，而且对于工程问题的优化通常耗时耗力。本文从以下几方面对动力电池包进行优化设计，主要内容有：　　（1）本文提出并构建了一种镍钴锰酸（Ni-Co-Mn，NCM）锂电池模组，并对不同环境下的动力电池模组进行热特性的仿真和分析，分别对NCM锂电池模组在常温、高温3600s后放电结束的温度分布进行了分析，发现常温情况下最高温度为49.4℃，高温情况下最高温度为59.0℃。此外还对低温工况下的NCM锂电池模组进行分析，模组最低温度达到8.56℃。根据其常温、高温和低温情况对NCM锂电池模组设计了几种不同的冷板，根据温度和压降特性，从几种类型冷板中选取双进双出流道结构的液冷板为最终冷板。　　（2）由电池模组组成的电池包固定于汽车底部，在极端工况下会受到来自外部的振动激励进而导致电池包整体变形，威胁电池乃至整车的安全，因此针对动力电池包及模组，不仅需要关注其热特性，也要关注其振动特性。因此本文选取引起振动的极端工况进行分析，对转弯、颠簸和刹车三种极端工况的动力电池包的动态性能进行了响应谱分析，发现颠簸工况下由振动引起的变形量最大，最需进行改善，所以将降低这一变形量作为目标，在后续章节进行多目标优化。　　（3）基于电池包的散热工况与振动工况，本文对设计的NCM锂电池包进行了多目标优化设计，本文基于前文已经从几种结构中选出温度和压降特性较好的双进双出蛇形液冷板，将锂电池模组最高温度，进出口压降和颠簸工况下电池模组的最大变形量选作目标函数。并且采用优化效果较好的NSGA-Ⅱ算法对锂电池模组进行了多目标优化设计，优化结果表明该设计能够综合权衡锂电池模组的温况与振动情况，不管是最高温度、进出口压降，还是最大变形量，相对于初始设计方案，优化后的设计均取得改善，提高了锂电池模组的安全与可靠性。
作者：	雷鹏英
专业：	机械工程
导师：	郝晓红
授予学位：	硕士
授予学位单位：	电子科技大学
学位年度：	2022