[發明專利]一種基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法

在審

• 申請號: 202111585808.7
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114178724A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 楊海龍;鄭顯臣
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;B23K101/36
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

1.一種基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述方法包括：

確定電池焊接功率和焊接時間；

計算焊點數量限制；

根據圓柱電池尺寸及額定工作電流搭建圓柱電池熱力學模型計算電池極板總產熱量及熱量分布；

根據極板產熱量計算極板單位面積焊點數；

根據極板熱量分布對焊點布局進行優化實現電池極板傳熱效率。

2.根據權利要求1所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述確定電池焊接功率和焊接時間包括：根據導電帶和圓柱電池極板材料及厚度確定按常規方法選取合適的焊接功率和焊接時間，保證焊接緊密的同時避免激光焊穿極板，造成電解液泄露。

3.根據權利要求1所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述計算焊點數量限制，包括：

令焊點周圍設定范圍為禁焊區，所述禁焊區為以焊點為圓心半徑為r_p的圓；

分別根據電池正負極區域面積計算焊點最密排布；

將最密排布下焊點數量作為當前極板焊點數量限制。

4.根據權利要求1所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述根據圓柱電池尺寸及額定工作電流搭建圓柱電池熱力學模型計算電池極板總產熱量及熱量分布，包括：

確定鋰電池平均比熱容；

其中ρ_cell、ρ_i分別為電池的平均密度、各種材料的密度；c_cell、c_i分別為電池的平均熱容、各種材料的比熱容；V_i為各種材料所占的體積；

確定圓柱型電池的串聯平均導熱系數：

其中：λ_x、λ_y、λ_z分別為單體電池內核材料x、y、z方向導的熱系數；λ_p、λ_n、λ_s分別表示電池單體內的正極極片、負極極片、隔膜的導熱系數；

計算電池內芯產熱：

其中I為電流，V為電池體積，E_oc為電池平衡電動勢，U為電池工作電壓，T為電池初始溫度，為電池電壓隨溫度變化的溫度系數；

計算額定工況下電池極板產熱量和熱量分布；

然后采用自由四面體網格對圓柱模型進行精細剖分，并計算電池極板總產熱量。

5.根據權利要求1所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述根據極板產熱量計算極板單位面積焊點數，包括：

確定焊點熱傳導速率為dQ_hi＝-λdA.dt/dn，其中：A為導熱面積，dt/dn為溫度梯度，λ為導熱系數；

確定單個電池總焊點導熱速率為

根據單個電池總焊點導熱速率和單個焊點熱傳導速率獲得單位面積焊點數。

6.根據權利要求1所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，所述根據極板熱量分布對焊點布局進行優化實現電池極板傳熱效率，包括：

進行焊點位置編碼，以圓柱電池極板中心為圓心建立極坐標系；

計第i個焊點位置為(ρ_i,θ_i)，依次隨機生成焊點位置；

第j(1＜j≤i)個焊點生成后進行焊點覆蓋判斷，即是否出現對任意k(k∈(1,i)k≠j)，且

如出現，則說明焊點覆蓋，重新生成第j個點坐標，直至無焊點覆蓋，并依次生成所有焊點坐標；

最后將全部焊點坐標轉為二進制，并依次排為序列，作為一組遺傳算法的個體，設置最大進化代數T，群體大小M，交叉概率PC，變異概率PM，隨機生成M個個體作為初始化群體；

對個體進行選擇、交叉和變異，同時與電池產熱模型相結合，每步選擇之后，將二進制序列還原為極坐標，并輸入仿真軟件仿真圓柱電池極板總傳熱效率，迭代直至達到總傳熱效率最優解，將最優解序列還原為十進制坐標，作為實際焊點分布。

7.根據權利要求1-6任一項所述的基于電極焊接優化的圓柱動力電池組散熱優化方法，其特征在于，根據分布優化焊點，使用脈沖激光按照選定好的功率和焊接時間進行焊接。