撞击挤压对电动汽车电池性能稳定的影响研究
发布时间：2021-03-30 08:01
本文以18650锂电池作为研究对象,在不同速度受到撞击挤压的情况下锂电池外部结构和内部结构变化规律,锂电池端电压变化规律,以及锂电池性能稳定变化规律进行分析。对锂电池进行3D建模,采用有限元分析方法,通过不同速度撞击锂电池,对撞击过程和结果进行分析。并通过试验台的搭建,进一步验证系统仿真分析的准确性,使理论和实践有机的结合,使论文的研究更加严谨,研究结果对汽车锂电池生产企业能起到借鉴意义。建立18650动力锂电池3D模型,对18650锂电池材料设置及边界条件设置,并对其进行有限元分析,在不同速度撞击挤压下,锂电池外部壳体和电池芯内部正负极金属箔和隔膜的变化,仿真实验结果表明速度越大,锂电池受到撞击后,电池壳和电池芯内部结构受的材料损伤越大,电池稳定性越差。构建撞击挤压实验台,对撞击球施加不同速度撞击18650锂电池,以此验证仿真结果的真实性。研究不同的撞击速度和不同的电池荷电量,锂电池受到撞击后外部壳体和电池芯内部变化规律,监测锂电池端电压变化情况。通过数据分析,锂电池在低速受到撞击时,电池壳体及电池芯变化量小,电池端电压变化不大,随着速度增加,在高速撞击时,锂电池外壳和电池芯内部损伤...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
特斯拉ModelX碰撞事故
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文7第2章锂离子动力电池结构原理及其特性2.1锂离子电池类型特点1.按电池使用性能分：能量型电池与功率型电池。能量型电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出；功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输出的电池。为了兼顾功率和能量，随着汽车技术发展，在混合动力汽车上出现了功率能量型锂电池，为满足一定距离的纯电动行驶，要求锂电池具有高能量存储，同时具备好的功率特性。2.按电解液材料分：锂离子电池电解液（又称电解质）分为液态锂离子电池和聚合物锂离子。目前汽车主要使用液态锂离子电解液。聚合物锂离子电池则采用固态聚合物电解质，这种固态聚合物可以以“干态”、“胶态”两种形式存在于锂电池内部。3.按极板材料分：正极极板材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂/镍钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂电池。负极材极板料主要有钛酸锂电池、石墨烯电池、纳米碳纤维电池[29]。4.按产品外观分类目前电动汽车上常用的单体锂离子电池主要有圆柱、方形和软包锂离子电池三中类型，如图2-1所示。a)圆柱形锂离子电池b）方形锂离子电池c）软包锂离子电池图2-1常用单体锂离子电池分类圆柱形锂电池优点尺寸孝成本低、制作工艺成熟、各组一致性好，不足是成组后不利于散热、质量较大、相对能比低。方形电池优点是散热好、使用安全可靠、具有防爆阀、刚性强、硬度好，不足是尺寸比较固定、成本高、型号多。软包锂电池优点是尺寸易变、比能量高、内阻孝质量轻，不足是不耐挤压和冲击，封装困难、不易成组、成本高。
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文7第2章锂离子动力电池结构原理及其特性2.1锂离子电池类型特点1.按电池使用性能分：能量型电池与功率型电池。能量型电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出；功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输出的电池。为了兼顾功率和能量，随着汽车技术发展，在混合动力汽车上出现了功率能量型锂电池，为满足一定距离的纯电动行驶，要求锂电池具有高能量存储，同时具备好的功率特性。2.按电解液材料分：锂离子电池电解液（又称电解质）分为液态锂离子电池和聚合物锂离子。目前汽车主要使用液态锂离子电解液。聚合物锂离子电池则采用固态聚合物电解质，这种固态聚合物可以以“干态”、“胶态”两种形式存在于锂电池内部。3.按极板材料分：正极极板材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂/镍钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂电池。负极材极板料主要有钛酸锂电池、石墨烯电池、纳米碳纤维电池[29]。4.按产品外观分类目前电动汽车上常用的单体锂离子电池主要有圆柱、方形和软包锂离子电池三中类型，如图2-1所示。a)圆柱形锂离子电池b）方形锂离子电池c）软包锂离子电池图2-1常用单体锂离子电池分类圆柱形锂电池优点尺寸孝成本低、制作工艺成熟、各组一致性好，不足是成组后不利于散热、质量较大、相对能比低。方形电池优点是散热好、使用安全可靠、具有防爆阀、刚性强、硬度好，不足是尺寸比较固定、成本高、型号多。软包锂电池优点是尺寸易变、比能量高、内阻孝质量轻，不足是不耐挤压和冲击，封装困难、不易成组、成本高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车关键技术发展综述[J]. 马佃波. 低碳世界. 2017(17)
[2]锂离子电池机械完整性研究现状和展望[J]. 许骏,王璐冰,刘冰河. 汽车安全与节能学报. 2017(01)
[3]铝箔力学性能的实验研究[J]. 郭战胜,王宇晖,朱建宇,冯捷敏. 实验力学. 2016(04)
[4]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[5]18650型锂离子电池热失控影响因素[J]. 罗庆凯,王志荣,刘婧婧,薛云龙. 电源技术. 2016(02)
[6]锂离子电池及其材料热失控毒物研究[J]. 孙杰,李吉刚,党胜男,唐娜,周添,李江存,卫寿平,杨凯,高飞. 储能科学与技术. 2015(06)
[7]锂离子电池热失控传播研究进展[J]. 杨明国,金鑫,李文斌. 船电技术. 2015(09)
[8]高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析[J]. 薛云龙,王志荣. 安全与环境学报. 2015(04)
[9]锂离子电池用铜箔集流体的力学性能分析[J]. 朱建宇,冯捷敏,王宇晖,郭战胜. 储能科学与技术. 2014(04)
[10]电动汽车前舱高压零部件布置研究[J]. 关振东. 上海汽车. 2013(04)
博士论文
[1]粘接剂与隔膜力学行为对锂离子电池失效及安全影响机理[D]. 陈建超.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]应力及材料塑性变形对锂离子电池性能的影响[D]. 李宗赞.上海大学 2015
[2]电动客车侧向被动安全仿真与结构优化研究[D]. 崔佳.北京理工大学 2015
[3]失效锂离子电池破碎特性研究[D]. 张涛.华东交通大学 2011
本文编号：3109179
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
特斯拉ModelX碰撞事故
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文7第2章锂离子动力电池结构原理及其特性2.1锂离子电池类型特点1.按电池使用性能分：能量型电池与功率型电池。能量型电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出；功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输出的电池。为了兼顾功率和能量，随着汽车技术发展，在混合动力汽车上出现了功率能量型锂电池，为满足一定距离的纯电动行驶，要求锂电池具有高能量存储，同时具备好的功率特性。2.按电解液材料分：锂离子电池电解液（又称电解质）分为液态锂离子电池和聚合物锂离子。目前汽车主要使用液态锂离子电解液。聚合物锂离子电池则采用固态聚合物电解质，这种固态聚合物可以以“干态”、“胶态”两种形式存在于锂电池内部。3.按极板材料分：正极极板材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂/镍钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂电池。负极材极板料主要有钛酸锂电池、石墨烯电池、纳米碳纤维电池[29]。4.按产品外观分类目前电动汽车上常用的单体锂离子电池主要有圆柱、方形和软包锂离子电池三中类型，如图2-1所示。a)圆柱形锂离子电池b）方形锂离子电池c）软包锂离子电池图2-1常用单体锂离子电池分类圆柱形锂电池优点尺寸孝成本低、制作工艺成熟、各组一致性好，不足是成组后不利于散热、质量较大、相对能比低。方形电池优点是散热好、使用安全可靠、具有防爆阀、刚性强、硬度好，不足是尺寸比较固定、成本高、型号多。软包锂电池优点是尺寸易变、比能量高、内阻孝质量轻，不足是不耐挤压和冲击，封装困难、不易成组、成本高。
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文7第2章锂离子动力电池结构原理及其特性2.1锂离子电池类型特点1.按电池使用性能分：能量型电池与功率型电池。能量型电池以高能量密度为特点，主要用于高能量输出；功率型电池以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输出的电池。为了兼顾功率和能量，随着汽车技术发展，在混合动力汽车上出现了功率能量型锂电池，为满足一定距离的纯电动行驶，要求锂电池具有高能量存储，同时具备好的功率特性。2.按电解液材料分：锂离子电池电解液（又称电解质）分为液态锂离子电池和聚合物锂离子。目前汽车主要使用液态锂离子电解液。聚合物锂离子电池则采用固态聚合物电解质，这种固态聚合物可以以“干态”、“胶态”两种形式存在于锂电池内部。3.按极板材料分：正极极板材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂/镍钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂电池。负极材极板料主要有钛酸锂电池、石墨烯电池、纳米碳纤维电池[29]。4.按产品外观分类目前电动汽车上常用的单体锂离子电池主要有圆柱、方形和软包锂离子电池三中类型，如图2-1所示。a)圆柱形锂离子电池b）方形锂离子电池c）软包锂离子电池图2-1常用单体锂离子电池分类圆柱形锂电池优点尺寸孝成本低、制作工艺成熟、各组一致性好，不足是成组后不利于散热、质量较大、相对能比低。方形电池优点是散热好、使用安全可靠、具有防爆阀、刚性强、硬度好，不足是尺寸比较固定、成本高、型号多。软包锂电池优点是尺寸易变、比能量高、内阻孝质量轻，不足是不耐挤压和冲击，封装困难、不易成组、成本高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车关键技术发展综述[J]. 马佃波. 低碳世界. 2017(17)
[2]锂离子电池机械完整性研究现状和展望[J]. 许骏,王璐冰,刘冰河. 汽车安全与节能学报. 2017(01)
[3]铝箔力学性能的实验研究[J]. 郭战胜,王宇晖,朱建宇,冯捷敏. 实验力学. 2016(04)
[4]车用锂离子动力电池系统的安全性[J]. 何向明,冯旭宁,欧阳明高. 科技导报. 2016(06)
[5]18650型锂离子电池热失控影响因素[J]. 罗庆凯,王志荣,刘婧婧,薛云龙. 电源技术. 2016(02)
[6]锂离子电池及其材料热失控毒物研究[J]. 孙杰,李吉刚,党胜男,唐娜,周添,李江存,卫寿平,杨凯,高飞. 储能科学与技术. 2015(06)
[7]锂离子电池热失控传播研究进展[J]. 杨明国,金鑫,李文斌. 船电技术. 2015(09)
[8]高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析[J]. 薛云龙,王志荣. 安全与环境学报. 2015(04)
[9]锂离子电池用铜箔集流体的力学性能分析[J]. 朱建宇,冯捷敏,王宇晖,郭战胜. 储能科学与技术. 2014(04)
[10]电动汽车前舱高压零部件布置研究[J]. 关振东. 上海汽车. 2013(04)
博士论文
[1]粘接剂与隔膜力学行为对锂离子电池失效及安全影响机理[D]. 陈建超.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]应力及材料塑性变形对锂离子电池性能的影响[D]. 李宗赞.上海大学 2015
[2]电动客车侧向被动安全仿真与结构优化研究[D]. 崔佳.北京理工大学 2015
[3]失效锂离子电池破碎特性研究[D]. 张涛.华东交通大学 2011
本文编号：3109179
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