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申请/专利权人：湖南城市学院

摘要：本发明涉及锂电池状态分析技术领域，公开了一种硅碳负极锂电池粘弹性本构参数识别及热力学状态分析方法，旨在解决服役过程中硅碳负极锂电池力学建模与热力学状态在线评估问题。所提本构参数识别方法结合压力变形试验与粘弹性本构模型，通过反求方法精确识别硅碳负极锂电池的本构参数。所提热力学状态分析方法考虑一般装配状态下的循环变形、电荷变形、热变形和机械变形，建立充放电下硅碳负极锂电池机械热解析模型以评估动态温度和应力。与现有技术相比，本发明方法步骤清晰、易于理解，适用于对效率要求高的在线状态评估应用，粘弹性本构参数识别为热力学状态分析奠定了精度基础。

主权项：1.一种硅碳负极锂电池粘弹性本构参数识别方法，其特征在于，该方法包含如下处理步骤：步骤A1：构建硅碳负极锂电池本构参数识别试验装置；步骤A2：实施硅碳负极锂电池压力-变形试验；步骤A3：构建硅碳负极锂电池粘弹性本构模型；步骤A4：建立硅碳负极锂电池本构方程；步骤A5：建立硅碳负极锂电池本构参数识别模型；步骤A6：求解硅碳负极锂电池本构参数识别模型；在所述步骤A1中，所述参数识别试验装置包括电池测厚仪、硅碳负极锂电池；所述电池测厚仪被用以测量压力加载下所述锂电池的变形响应；所述锂电池含包含壳体、电芯；所述电芯是由电极层缠绕而成的层叠结构，所述层叠结构被电解液浸润；所述层叠结构的每一层包含正电极层、绝缘层、负电极层，均为多孔复合材料；在所述步骤A2中，所述压力-变形试验的流程如下；将所述锂电池充电至50％电荷状态，在室温298K下，放置于所述电池测厚仪中；所述锂电池的初始厚度被定义为参考点；所述电池测厚仪对所述锂电池施加压力载荷；在时段[0,5s]，所述压力载荷从0N线性增加至36N；在时段[5s,90s]，所述压力载荷保持在36N；所述电池测厚仪以等间隔5s输出所述锂电池的变形响应；ti表示当前时刻，写成ti＝0s,5s,...,90s；DEti表示ti时刻的测量变形响应，Fti表示ti时刻的压力载荷；在所述步骤A3中，所述本构模型包含第一弹簧、第二弹簧、粘壶；所述第二弹簧与所述粘壶并联，并与所述第一弹簧串联；所述第一弹簧用以描述所述锂电池的线弹性特征；所述第二弹簧与所述粘壶并联，用以描述所述锂电池的粘弹性特征；在所述步骤A4中，所述本构方程根据所述本构模型推导得到，写成式1：σti＝E1·e1ti＝E2·e2ti+η·de2,其中σti表示ti时刻所述锂电池的内部应力，与所述压力载荷的关系写成式2：σti＝FtiW·L,W表示所述锂电池的宽度，L表示所述锂电池的长度；E1表示所述第一弹簧的刚度，E2表示所述第二弹簧的刚度，η表示所述粘壶的粘度；e1ti表示ti时刻的线弹性应变，e2表示ti时刻的粘弹性应变；de2表示粘弹性应变率，即e2对时间的导数；所述应变与变形的关系写成式3：e1ti＝D1tiH0，e2ti＝D2tiH0,D1ti表示ti时刻所述锂电池的线弹性变形，D2ti表示ti时刻所述锂电池的粘弹性变形，H0表示所述锂电池的初始厚度；在所述步骤A5中，所述参数识别模型的建立流程：结合式1～式3，推导得到线弹性变形的表达式，写成式4：D1ti＝H0·FtiW·L·E1；D1ti表示ti时刻的线弹性变形；推导得到粘弹性变形的表达式，写成式5：D2ti＝H0·Fti·1-exp-E2·tiηW·L·E2；D2ti表示ti时刻的粘弹性变形；exp表示指数操作符；基于式4和式5，建立所述参数识别模型，写成式6：minE1,E2,ηER＝normDEti-D1ti-D2tiDEti,ti＝0s,5s,...,90s；min表示最小化操作符，ER表示对所述测量变形响应的拟合误差，norm表示二阶矩操作符；式6是一个无约束优化问题，以E1、E2、η为待求设计变量，拟合误差最小化为优化目标；在所述步骤A6中，所述求解是指将所述测量变形响应DEti输入到式6中，使用现有求解器MATLABGA求解所述参数识别模型，得到E1、E2、η的解。

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