[发明专利]一种锂离子电池液冷热管理系统稳健设计优化方法

说明书

本发明属于机械产品的多学科设计优化技术领域，并具体公开了一种锂离子电池液冷热管理系统稳健设计优化方法。包括以下步骤：选择锂离子电池液冷热管理系统中的优化对象，并定义设计变量；抽取N组样本点，并获取每组样本点所对应的实际电池温度差和实际压降；通过模型验证和确认选择最佳代理模型；设定每组样本点的波动区间，在该波动区间中均匀选取每组样本点所对应的M组新的样本点；量化N×M组新的样本点所对应的理论电池温度差和理论压降的不确定性。本发明解决了传统设计方法中人为忽略参数和代理模型不确定因素导致设计结果不稳健，以此来获取锂离子电池液冷热管理系统稳健设计优化方法，从而提高锂离子电池产品的性能。

技术领域

本发明属于机械产品的多学科设计优化技术领域，更具体地，涉及一 种锂离子电池液冷热管理系统稳健设计优化方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极 和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和 脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态； 放电时则相反。作为纯电动汽车唯一动力源的电池包，在电动车运行过程 中，锂离子电池因自身不断充放电引发化学反应而持续产热；累积的热量 使电池包温度不断上升，如果不能实现有效的降温，电池容量将会降低，同时也会带来寿命的大幅度缩减；过高的温度甚至会引发电池组热失控， 导致漏液、起火、爆炸等安全问题。因此，电动汽车动力电池包散热系统 设计是保证动力电池正常工作的重要环节，也是目前制约新能源汽车发展 的关键因素之一。

动力电池包散热系统一般采用气体冷却(包括自然冷却和强制对流)、 液体冷却、相变材料冷却等方式。气体冷却适用于大型巴士等对散热效率 要求不高的场合，液体冷却适用于中小型轿车等结构紧凑、单位体积发热 功率高的场合，而相变材料冷却目前在现有的车型中的应用并不成熟。其 中，液体冷却具有散热速度快、温度分布均衡等优点，应用前景非常广泛。

然而目前对设计变量和参数、目标函数、约束条件和仿真模型等均视 为确定性的。然而在实际工程中，不确定性因素广泛存在于复杂系统的整 个生命周期中，例如一批零件的几何尺寸、一批材料的特性(如弹性模量、 许用应力等)通常都不是一个定值，而是在一定范围内变化。以及假设或 简化引起的仿真模型的不确定等等。针对上述问题，考虑锂离子电池液冷 热管理系统中的不确定因素，并根据不确定因素来构建锂离子液冷电池热 管理系统的稳健设计优化框架对，对全面提高产品性能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂离子电池 液冷热管理系统稳健设计优化方法，其以锂离子电池液冷热管理系统中的 优化对象，并根据优化对象的参数化模型定义设计变量，相应的将优化理 论、不确定分析以及热流固耦合分析结合，考虑设计变量和代理模型的不 确定因素，解决了传统设计方法中人为忽略参数和代理模型不确定因素导 致设计结果不稳健，以此来获取锂离子电池液冷热管理系统稳健设计优化 方法，从而提高锂离子电池产品的性能。

针对现有技术的改进需求，本发明提供了一种锂离子电池液冷热管理 系统稳健设计优化方法，包括以下步骤：

S1选择锂离子电池液冷热管理系统中的优化对象，并根据优化对象的 参数化模型定义设计变量；

S2通过试验设计在设计变量的取值范围内抽取N组样本点，并将每组 样本点进行流体动力学分析，以获取每组样本点所对应的实际电池温度差 和实际压降；

S3将每组样本点及每组样本点所对应的实际电池温度差和实际压降输 入到多种代理模型中，通过模型验证和确认选择最佳代理模型；

S4设定每组样本点的波动区间，在该波动区间中均匀选取每组样本点 所对应的M组新的样本点，N组样本点可选取N×M组新的样本点，将N ×M组新的样本点代入最佳代理模型中，以获取N×M组新的样本点所对 应的理论电池温度差和理论压降；