某款电池包模组结构设计与分析
发布时间：2022-11-08 22:01
新能源汽车动力电池的安全性一直是人们关注的焦点。在锂离子电池的充放电过程中,由于自身反应会导致电池发生膨胀和收缩,现有电池包模组结构存在严重的安全隐患。因此,设计一款能适应电芯膨胀的电池包模组,对其安全性是至关重要的。本文的研究工作主要从以下几个方面展开:提出了一种具有防呆、隔热、电芯防爆等功能的新型电池包模组结构的设计方案;对模组中端板、侧板、隔热垫、电连接件等关键构件进行了详细设计。重点研究了端侧板连接处的结构,解决了因电芯膨胀导致的端侧板连接处开裂现象。通过实验,构建了电芯充放电循环次数与压力的关系模型,进而建立了有限元模型来模拟膨胀力变化规律。通过数值模拟,在分析了三种模组隔热垫排布所受膨胀力大小和电芯温度云图的基础上,拟定了电池包模组隔热垫的最优布置方案。建立了基于HyperMesh的电池包模组结构的有限元模型,依据GBT31467国标对电池包模组的安全性要求,对模组施加25g、15ms的半正弦冲击波形和随机振动荷载。结果表明:侧板下包边处的单元（最危险的地方）最大应力为91.03 Mpa,小于许用值。因此,电池包模组的结构设计满足国家标准。根据国家标准,采用了半径75mm的...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 新能源汽车
1.1.2 动力电池
1.2 几种不同电芯的模组
1.2.1 18650电芯模组
1.2.2 方形电芯模组
1.2.3 软包装电芯模组
1.3 动力电池模组结构发展现状
1.4 锂离子电池在事故中的滥用
1.4.1 撞击与挤压
1.4.2 穿钉
1.5 问题提出及研究意义
1.6 课题研究技术路线
1.7 本章小结
第二章 电池包模组箱体结构设计
2.1 传统模组箱体受力分析
2.2 模组端板结构设计
2.2.1 材料选用
2.2.2 包边焊结构
2.2.3 防呆设计
2.3 模组侧板结构设计
2.3.1 包边结构
2.3.2 热压膜
2.4 缓冲垫(隔热垫)结构设计
2.5 电芯单体设计
2.5.1 结构设计
2.5.2 电池防“鼓包”设计
2.6 电连接件结构设计
2.6.1 电连接件技术简介
2.6.2 电连接件性能要求
2.6.3 绝缘耐压要求
2.6.4 绝缘耐压测试
2.7 模组装配过程
2.8 尺寸链校核
2.8.1 模组宽度尺寸链校核
2.8.2 模组长度尺寸链校核
2.9 本章小结
第三章 模组膨胀力分析
3.1 电芯材料体系
3.2 三元锂离子电芯的膨胀原理
3.3 模组方案设计
3.3.1 电芯变形约束力计算
3.3.2 1P6S模组约束力计算
3.3.3 电芯膨胀实测数据
3.4 模组结构膨胀力力学仿真
3.4.1 仿真软件简介
3.4.2 模组膨胀力仿真结果
3.4.3 模组排布方案优化
3.4.4 膨胀力结果分析
3.5 模组结构热特性仿真
3.5.1 热仿真的意义
3.5.2 锂电池导热机理
3.5.3 不同温度的热仿真分析
3.5.4 结果分析
3.6 本章小结
第四章 模组冲击与振动有限元分析
4.1 机械冲击有限元分析
4.1.1 结构损伤评估准则
4.1.2 仿真软件介绍
4.1.3 计算工况分析
4.1.4 材料机械性能
4.2 机械冲击结果分析
4.3 模组随机振动有限元分析
4.3.1 疲劳分析的理论和方法
4.3.2 模组有限元模型分析
4.4 振动疲劳仿真分析
4.4.1 模态分析
4.4.2 随机振动分析
4.4.3 疲劳分析
4.5 随机振动结果分析
4.6 本章小结
第五章 模组试验验证
5.1 试验准备
5.2 通用测试
5.3 安全性测试
5.3.1 振动
5.3.2 机械冲击
5.3.3 挤压
5.4 试验结果
5.4.1 振动冲击试验结果
5.4.2 挤压试验结果
5.5 本章小结
总结
参考文献
致谢
重要研究成果
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车电池包箱体及内部结构碰撞变形与响应分析[J]. 兰凤崇,刘金,陈吉清,黄培鑫. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（全文）[J]. 中国战略新兴产业. 2017(01)
[3]基于ANSYS的某变形约束电池模组固定结构的仿真分析及验证[J]. 刘涛,夏顺礼,赵久志,张宝鑫. 农业装备与车辆工程. 2016(04)
[4]动力电池系统高压电绝缘设计与测试[J]. 樊晓松,王英. 上海汽车. 2014(08)
[5]电动汽车及其维修技术系列讲座之五 电动汽车用动力电池之铅酸蓄电池[J]. 杨承明. 汽车维护与修理. 2013 (05)
[6]电动汽车动力电池振动与冲击问题研究综述[J]. 张立军,陈华杰,刁坤,阮丞. 电源技术. 2013(01)
[7]梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型及特性参数分析[J]. 张彩萍,姜久春,张维戈,刘秋降,鲁妍. 电力系统自动化. 2013(01)
[8]锂离子电池安全性能研究[J]. 吴凯,张耀,曾毓群,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[9]锂离子电池的安全性技术[J]. 夏兰,李素丽,艾新平,杨汉西. 化学进展. 2011(Z1)
[10]电动汽车电池包散热加热设计[J]. 车杜兰,周荣,乔维高. 北京汽车. 2010(01)
博士论文
[1]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]恒压紧力模组箱体设计研究[D]. 刘俊.大连理工大学 2016
[2]强夯机预应力臂架结构疲劳特性分析[D]. 迟月.大连理工大学 2014
[3]基于ANSYS/LS-DYNA的瓦楞纸箱跌落仿真研究[D]. 张璐.陕西科技大学 2014
[4]锂离子电池安全性影响因素研究[D]. 张磊.燕山大学 2012
[5]纯电动汽车蓄电池充电系统的研究[D]. 芮秀凤.安徽理工大学 2012
[6]SMT无铅焊点在随机振动载荷下的可靠性分析[D]. 王文.上海交通大学 2010
[7]基于ANSYS/FE-SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析[D]. 杨庆乐.大连理工大学 2009
[8]接触线疲劳破坏理论分析[D]. 陈兴强.西南交通大学 2009
[9]随机载荷下扭力轴动态响应的数值仿真分析和损伤容限设计[D]. 周铮.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3704633
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 新能源汽车
1.1.2 动力电池
1.2 几种不同电芯的模组
1.2.1 18650电芯模组
1.2.2 方形电芯模组
1.2.3 软包装电芯模组
1.3 动力电池模组结构发展现状
1.4 锂离子电池在事故中的滥用
1.4.1 撞击与挤压
1.4.2 穿钉
1.5 问题提出及研究意义
1.6 课题研究技术路线
1.7 本章小结
第二章 电池包模组箱体结构设计
2.1 传统模组箱体受力分析
2.2 模组端板结构设计
2.2.1 材料选用
2.2.2 包边焊结构
2.2.3 防呆设计
2.3 模组侧板结构设计
2.3.1 包边结构
2.3.2 热压膜
2.4 缓冲垫(隔热垫)结构设计
2.5 电芯单体设计
2.5.1 结构设计
2.5.2 电池防“鼓包”设计
2.6 电连接件结构设计
2.6.1 电连接件技术简介
2.6.2 电连接件性能要求
2.6.3 绝缘耐压要求
2.6.4 绝缘耐压测试
2.7 模组装配过程
2.8 尺寸链校核
2.8.1 模组宽度尺寸链校核
2.8.2 模组长度尺寸链校核
2.9 本章小结
第三章 模组膨胀力分析
3.1 电芯材料体系
3.2 三元锂离子电芯的膨胀原理
3.3 模组方案设计
3.3.1 电芯变形约束力计算
3.3.2 1P6S模组约束力计算
3.3.3 电芯膨胀实测数据
3.4 模组结构膨胀力力学仿真
3.4.1 仿真软件简介
3.4.2 模组膨胀力仿真结果
3.4.3 模组排布方案优化
3.4.4 膨胀力结果分析
3.5 模组结构热特性仿真
3.5.1 热仿真的意义
3.5.2 锂电池导热机理
3.5.3 不同温度的热仿真分析
3.5.4 结果分析
3.6 本章小结
第四章 模组冲击与振动有限元分析
4.1 机械冲击有限元分析
4.1.1 结构损伤评估准则
4.1.2 仿真软件介绍
4.1.3 计算工况分析
4.1.4 材料机械性能
4.2 机械冲击结果分析
4.3 模组随机振动有限元分析
4.3.1 疲劳分析的理论和方法
4.3.2 模组有限元模型分析
4.4 振动疲劳仿真分析
4.4.1 模态分析
4.4.2 随机振动分析
4.4.3 疲劳分析
4.5 随机振动结果分析
4.6 本章小结
第五章 模组试验验证
5.1 试验准备
5.2 通用测试
5.3 安全性测试
5.3.1 振动
5.3.2 机械冲击
5.3.3 挤压
5.4 试验结果
5.4.1 振动冲击试验结果
5.4.2 挤压试验结果
5.5 本章小结
总结
参考文献
致谢
重要研究成果
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车电池包箱体及内部结构碰撞变形与响应分析[J]. 兰凤崇,刘金,陈吉清,黄培鑫. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（全文）[J]. 中国战略新兴产业. 2017(01)
[3]基于ANSYS的某变形约束电池模组固定结构的仿真分析及验证[J]. 刘涛,夏顺礼,赵久志,张宝鑫. 农业装备与车辆工程. 2016(04)
[4]动力电池系统高压电绝缘设计与测试[J]. 樊晓松,王英. 上海汽车. 2014(08)
[5]电动汽车及其维修技术系列讲座之五 电动汽车用动力电池之铅酸蓄电池[J]. 杨承明. 汽车维护与修理. 2013 (05)
[6]电动汽车动力电池振动与冲击问题研究综述[J]. 张立军,陈华杰,刁坤,阮丞. 电源技术. 2013(01)
[7]梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型及特性参数分析[J]. 张彩萍,姜久春,张维戈,刘秋降,鲁妍. 电力系统自动化. 2013(01)
[8]锂离子电池安全性能研究[J]. 吴凯,张耀,曾毓群,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[9]锂离子电池的安全性技术[J]. 夏兰,李素丽,艾新平,杨汉西. 化学进展. 2011(Z1)
[10]电动汽车电池包散热加热设计[J]. 车杜兰,周荣,乔维高. 北京汽车. 2010(01)
博士论文
[1]纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D]. 李哲.清华大学 2011
硕士论文
[1]恒压紧力模组箱体设计研究[D]. 刘俊.大连理工大学 2016
[2]强夯机预应力臂架结构疲劳特性分析[D]. 迟月.大连理工大学 2014
[3]基于ANSYS/LS-DYNA的瓦楞纸箱跌落仿真研究[D]. 张璐.陕西科技大学 2014
[4]锂离子电池安全性影响因素研究[D]. 张磊.燕山大学 2012
[5]纯电动汽车蓄电池充电系统的研究[D]. 芮秀凤.安徽理工大学 2012
[6]SMT无铅焊点在随机振动载荷下的可靠性分析[D]. 王文.上海交通大学 2010
[7]基于ANSYS/FE-SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析[D]. 杨庆乐.大连理工大学 2009
[8]接触线疲劳破坏理论分析[D]. 陈兴强.西南交通大学 2009
[9]随机载荷下扭力轴动态响应的数值仿真分析和损伤容限设计[D]. 周铮.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3704633
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