锂电池力学性能的测试与建模及其在电池包安全性设计中的应用

发布时间：2021-09-17 06:54

　　近年来,随着电池技术的不断提高,新能源汽车的占比逐年增加。尽管新能源汽车在能源消耗和环境问题方面比传统汽车更有优势,但在发生碰撞事故时,新能源汽车的电池包易发生起火燃烧甚至爆炸,危害驾驶者的人身安全,因此,动力电池包的安全性问题引起了人们的重点关注。为了改善汽车电池包的防撞性能,并提高汽车的行驶安全性,有必要研究锂电池单体和动力电池包在碰撞条件下的失效条件,对改善新能源汽车的碰撞安全性评价具有重要意义。本文主要围绕动力电池包在冲击工况下的力学响应性能展开,研究内容主要包括多工况电池力学性能测试与建模及其性能评价、电池包多工况碰撞安全性分析与层级结构耐撞性及其在电池包中的应用。首先,以动力锂电池为研究对象,开展了多种工况的破坏性实验（包括平板挤压,内芯挤压,正面局部挤压以及侧面局部挤压等8组极端实验工况）,记录电池遭到破坏失效时的力位移曲线和电池的电压变化,并分析电池的力学响应特性,探究挤压位置和挤压面对电池损伤容限的影响。其次,通过隔膜分割建立动力电池细化模型,以隔膜破裂作为电池短路的标志,将电池内部短路的化学失效转化为力学失效。数值分析与实验数据吻合度高,验证了模型的准确性,并基于电... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：113 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

汽车保有量增加带来的副作用

3辆蓝色特斯拉ModelS在美国弗罗里达州戴维发生车祸，起火燃烧，驾驶员不幸遇难(图1.2(b))；2019年4月，一辆特斯拉ModelS在上海一地下停车库内发生自燃(图1.2(c))；2019年6月14日，一辆白色蔚来ES8在湖北武汉自燃(图1.2(d))。分析事故我们可以发现，很多交通事故并不是直接致命的碰撞，而是防护结构对电池包的保护不足，造成电动汽车起火，使得乘员受到二次伤害，造成更加严重的后果。因此，电动车的安全性设计与分析已经是制约电动车发展的关键技术，如何完善电池组件的保护并设计具有高安全性的电池包是汽车安全研究的重点和难点。(a)比亚迪电动汽车碰撞起火(b)特斯拉ModelS起火(c)特斯拉ModelS自燃起火(d)蔚来ES8自燃起火图1.2新能源电动车起火事件1.2动力锂电池包的基本概述电池包系统的研究涉及化学，电学，机械等方面，是一个多物理场耦合的复杂系统，安全性研究需要兼顾各个方面的影响，特别是化学特性。化学变化是一个逐渐衰减，并且不易觉察的过程，而发生剧烈反应时也不易于在短时间预测电池包状况。因此如何将复杂的化学变化通过相对简单的机械性能变化来衡量是

4目前学术界广泛研究的方向。为保证电池包系统长期安全、耐用，电池包系统的安全设计变得尤为重要，在电池包系统设计中需要关注电池包系统设计“铁三角”，如图1.3所示。电池包系统设计“铁三角”包括电池技术，成组技术和BMS技术，三者各施其职，相辅相成。图1.3电池包系统设计“铁三角”不同的厂商针对不同的车型所生产的电池系统在外形，尺寸，布置和工艺上一般会存在差异，但是都离不开电池系统设计的“铁三角”如图1.4：电池技术包括电池结构设计，仿真分析，安全设计与分析，可靠性分析，寿命预测，电池试验等。成组技术包括电池包结构设计，仿真分析，热管理，电连接，线束设计，系统安全性分析，电池包试验等。BMS技术包括系统架构设计，嵌入式软硬件开发，软硬件测试，功能安全分析等。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[6]纯电动汽车电池包结构设计及特性研究[D]. 刘元强.东南大学 2016
[7]碳纤维复合材料纯电动汽车车身结构优化设计[D]. 刘保公.湖南大学 2016
[8]微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究[D]. 郜效保.湖南大学 2016
[9]某纯电动汽车电池箱结构设计分析及优化[D]. 姜高松.湖南大学 2016
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本文编号：3398191