软包锂离子电池热物性参数测量方法研究

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锂离子电池是强热电化学耦合体系,热物性参数是锂离子电池热特性的重要表征参数。然而,锂离子电池多层湿式结构为其热物性参数测量提出了挑战,快速、精确测量其热物性参数需求在学术界和产业界日渐凸显。本文聚焦层叠式软包锂离子电池的热物性参数测量,以模型分辨率为理论依据,系统性地提出了高测量精确度实现途径,并在此基础上提出了使用代理模型的热物性参数高效测量方法。基于所有热物性参数测量方法均对应一个导热模型解的认识,本文以改进的瞬态平面热源(Modified Transient Plane Source,MTPS)法为例开展研究。考虑结论的一般性,本文首先将MTPS方法模型无量纲化,该模型的无量纲参数构成了方法的优化对象。随后利用无量纲敏感性系数定量地定义了模型分辨率,从模型分辨率应充分容错测温误差的角度,找到了模型分辨率与测量方法偏差间的关系,进而给出了模型分辨率的下边界,为优化测量方法提供了依据。根据模型分辨率与测量偏差的关系,明确了提高测量精确度与提高无量纲敏感性系数的等价关系。本文分析了实验参数和几何参数对MTPS方法模型无量纲敏感性系数的影响,结果表明安全范围内的高热流密度、靠近测温面面心的测温位置、满足降维假设前提下尽可能长的加热时间、厚宽比小的样品等实验条件能提升MTPS方法的无量纲敏感性系数,从而获得了优化测量精确度的途径。最后利用一个实施例展示了上述途径的应用过程。针对精细化热物性测量方法所应用的有限元模型存在计算效率低、使用成本高的短板,本文提出了无量纲化的代理模型解决方案。首先,根据MTPS方法测量精确度优化建议指引,构建了有利于提高模型分辨率的数据库;然后,经过校核后确定了用于生成代理模型的神经网络,验证结果显示代理模型能够很好地复现有限元模型的输出结果;最后利用代理模型代替MTPS方法中的有限元模型,并对比了应用两种模型的MTPS方法对同一组实验数据所给出的参数识别值,结果表明二者对应的模拟温度与实验数据相对误差在测温误差内,且应用了代理模型的MTPS方法工作比原来效率提高了约17倍。
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