无模组动力电池包振动特性研究

为探讨某车用无模组动力电池包的振动特性,建立了不同电芯尺寸和电芯布置的两种电池包有限元模型;基于所构建的电池包有限元模型,在3种极限工况下,对两种电池包进行静力学分析与模态分析;基于分析结果对电池包进行改进设计。研究表明,动力电池包中的电芯尺寸及电芯布置方式对电池包的振动特性具有显著影响;电池包1.0的上盖刚度不足,其最大应力和上盖最大变形量都较大,1阶约束模态固有频率低于平整路面的最大激振频率,易导致动力电池包共振;动力电池包2.0具有较好的静力学特性,且其1阶固有频率高于平整路面的最大激振频率,可避免路面激励导致的电池包共振;上盖改进后动力电池包1.0的静力学特性和振动特性均能满足要求;增加电池包的约束范围可以提高其1阶固有频率。

GB/T 31467—2023《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法》标准解读与分析

近年来,我国新能源汽车和动力蓄电池产业快速发展,相关标准的部分内容已不能适应产业发展需要,面向当前我国新能源汽车和动力蓄电池的使用场景需求,结合我国动力蓄电池电性能测试经验,充分参考相关国际标准,GB/T 31467—2023经修订后发布,为电动汽车用锂离子动力电池包和系统的电性能测试提供了方法。本文详细对比了GB/T 31467—2023与GB/T 31467.1—2015、GB/T 31467.2—2015以及ISO 12405-4:2018的测试项目与技术内容,并对通用测试条件、通用测试、基本性能测试等部分的修订内容进行了解释说明,可为相关动力电池产品研发和验证提供参考。标准在修订过程中,一方面考虑国内技术水平及整车对动力电池包和系统电性能的需求,增加了外观、极性、能量密度、充电性能以及工况放电的测试方法;另一方面,结合整车实际运行过程中的充放电电流以及运行环境,对所有测试项目的充放电电流进行修改,并对无负载容量损失、能量效率、高低温启动功率等测试项目的测试温度进行协调统一,有利于电动汽车用锂离子动力电池包和系统的研发和测试。

动力电池包硅橡胶密封圈脱出问题攻关

文章简述了动力电池包中密封圈的密封原理与常见密封结构。介绍了某项目电池包在生产过程中的密封圈脱出问题,从物料质量、生产工艺、产品设计等角度对问题进行了深入分析,识别问题原因,通过调整工艺参数与设计解决了密封圈在制造过程中容易脱出的问题,规避了较高的返修成本,也为后期密封圈设计选型提供了一些经验。

基于浮动映射法的动力电池包散热结构设计

针对电动汽车运行过程中,电池温度呈现中间高、四周低的分布,从而影响电池使用寿命的问题,以几何平均温度为目标函数,提出基于浮动映射拓扑优化的稳态热传导结构设计方法,通过算例对比分析了单工况和多工况动力电池包的最高温度及温差。分析结果表明,所得到的拓扑构型在多工况时可以有效降低散热过程中的最高温度和温差,使温度分布均匀。最后将该方法运用到动力电池包支撑结构中,结果表明,该方法在有效降低温度的同时,不增加电池包结构的体积,优化了材料的分布,实现了电池包整体结构的轻量化。

动力电池包装配式密封条的设计概况

以装配式密封条为例,介绍动力电池包密封条的设计要素,包括开发体系和分类、断面设计、性能要求、材料选择、定位精度和尺寸公差。密封条的上、下表面接触压力大于0.01 MPa,密封条即实现安全密封,密封等级达到IPX7。密封条橡胶材料的主体材料选用三元乙丙橡胶最佳,密封条的尺寸公差采用M1等级,定位采用分区定位法。

新能源汽车动力电池包轻量化设计分析

本文首先介绍了新能源汽车动力电池包的基础构成,然后通过专业的研究与分析,精准把握动力电池包轻量化设计思想, 根据该思维提出动力电池包轻量化实践设计,内容包含科学把控电池包布置方法、运用轻质材料、规范电池模组、优化组合方式 及开展极限设计等,满足动力电池包轻量化设计需求,使新能源汽车运行更为顺畅,延长汽车内部零部件的应用寿命。

基于有限元分析技术的新能源汽车动力电池包安全性分析

探索新能源汽车动力电池包的模态分析方法与静力学分析方法,分析动力电池包的固有频率,并模拟电池包的挤压试验,进而对动力电池包的安全性进行分析与验证。

纯电动车动力电池包结构轻量化设计

为了提高纯电动车的续航里程和改善动力电池包的结构安全性,以某型纯电动车的动力电池包为研究对象,建立了匹配的有限元模型并通过Z向扫频试验验证了其精度。在保证动力电池包静动态特性要求的同时,以内部的模组端板在3种典型静强度工况下的最大应力值和最大位移量为约束,质量最小为目标函数,基于Optistruct对模组端板进行了拓扑优化设计,使其减重了11.56 kg,减重比为31.88%。再基于最优拉丁超立方试验设计方法选取40个样本点,建立了6个零部件总质量、动力电池包一阶模态频率以及弯扭刚度对经过灵敏度分析后的6个零部件厚度尺寸的三阶响应面近似模型,并通过误差散点图、可决系数和均方差进行了精度的验证。然后利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对三阶响应面近似模型进行多目标优化求解,得到了一组最优的设计变量组合,减重了3.66 kg,减重比为9.03%,动力电池包一阶模态频率提高了1.74 Hz。结合内部模组端板的拓扑优化,动力电池包总共减重了15.22 kg,总减重比为19.82%,达到了预期轻量化的目的,其中减质量和减重比仅针对模组端板和6个高灵敏度零部件。最后对优化前后的动力电池包在同工况下进行了对比分析。结果表明:优化后的动力电池包依旧满足静动态分析的要求,该优化方案具有一定的可行性。

双层模组动力电池包热管理设计与优化

某SUV动力电池包采用双层模组设计,双层模组的上层模组安装结构采用了冷却板与支撑结构一体化设计。测试结果表明,该设计在测试中出现模组温差过大问题(达8℃)。基于此,研究小组通过尺寸链与CAE分析,将尺寸链闭环中导热垫产生的形变、冷却板的形变与电芯底部承受力限值进行耦合计算,校核出最优尺寸边界(上层冷却板贴合面深度从1.2mm优化至1.05 mm),将电池包温差控制在5℃以内,满足了设计要求。仿真结果表明,该方法将尺寸链与CAE、Simulink多工具耦合,可以高效提供设计方案,减少验证费用,是经济有效的传热设计方法。

橡胶黏弹性对电池包密封件密封性能的影响

动力电池包橡胶密封件密封性是关系到新能源汽车动力系统安全的关键因素之一。橡胶材料是一种典型的黏弹性材料,决定了橡胶密封件在使用过程中会发生应力松弛,进而有可能会导致密封失效。基于橡胶材料单轴压缩以及应力松弛实验,与ABAQUS数值模拟相结合,确定橡胶材料超弹-黏弹本构模型及相关参数,对电池包密封件进行有限元分析。分析结果表明,接触压力和Von-Mises应力随着时间增加出现明显的下降;橡胶材料的黏弹特性对密封性能有显著的影响。

ZL210A铝合金动力电池包的精密铸造研究

设计了电动汽车ZL210A铝合金动力电池包结构及浇注系统,基于ProCAST软件建立铝合金动力电池包精密铸造仿真模型,对动力电池包精密铸造的凝固、缩孔缩松特性进行研究和分析,并运用试验进行了验证。结果表明:设计的铝合金动力电池包铸件浇注系统简单,且能准确控制合金液流动、充型时间、凝固温度;铝合金动力电池包铸件整个凝固过程中基本呈现对称分布,电池包精密铸造模拟的缩孔缩松率总和为3.68%。试验铸件缩孔缩松率总和平均值为3.72%,与仿真3.68%基本一致,验证了仿真结果的准确性。

新能源汽车电池包防火涂料的现状与进展

新能源汽车电池包防火涂料属于涂料应用新领域,市场前景广阔,目前已有多家涂料厂家推出电池包防火涂料,以双组分超薄膨胀型防火涂料为主。因其契合电池包轻量化、灵活设计及自动化的需求,防火涂料开始在电池包中应用,但对应用场景、施工和失效特点等方面的针对性有所欠缺,又一定程度上限制了其大规模应用。针对新能源电池包热失控时高温火焰、颗粒冲击等特点,综述了新型电池包防火涂料研究进展,如通过添加防火树脂提高耐火性能、陶瓷化提高炭层的强度、加入防火以外的新功能等,为新能源电池包防火涂料的开发提供了新的视野。

动力电池包箱体的仿真分析与结构优化

为了改进电池包箱体结构设计存在的不足,建立了细致的电池包外壳体有限元模型,简化了内部电芯、内部热管理模组和电子元器件,以HyperMesh结合OptiStruct的方式分析了电池包的常见静力学工况、模态,再结合LS-DYNA分析了挤压工况;考察了电池包安全性,得出电池包结构刚度和强度偏低,并对上盖进行形貌优化,经过多次迭代优化,在原有结构性能基础上,有效提升了其刚度的性能表现。

电池包结构有限元分析及优化

应用有限元分析软件Hypermesh、ANSYS和Star-CCM++,对一款搭载液冷系统的动力电池包进行了综合仿真分析。分析了电池包箱体的模态、静强度、液冷板流阻和流场均匀性。根据仿真结果对电池包的结构进行了优化,包括模组支撑架的拓扑、箱体尺寸和液冷板流道的优化。对优化后的模型进行了静强度和挤压仿真验证,结果表明电池包在安全性和可靠性方面均符合要求,实现了更合理和轻量化的设计。

锂离子动力电池包连接排缓冲设计

锂离子动力电池包工作温度范围较宽,其内部结构尤其是方壳电池之间连接排结构的固定约束程度高,几乎没有发生位移的空间,在冷热循环冲击中温度变化引起的热应力效应需要连接排自身消化。对此,分析了连接排热胀冷缩时的应力应变情况;在连接排中部设计缓冲部,利用缓冲部的升缩弯曲变化来降低连接排对连接极耳的作用力;分析了连接排缓冲部不同几何形状对电池极耳的作用力,推导出其变化规律。连接排缓冲设计能有效解决方壳电池包电芯之间连接排结构与电芯极耳强度的热应力问题,降低了由于连接排设计不合理而导致的电芯寿命降低甚至无法使用的风险。

车载电池包动力学建模方法与影响因素研究

电池包是一个包含机-电-热多部件的复杂综合体,开展机械性能分析较为困难,同时给后续对标带来了较大挑战,因此合理建模方式显得尤为重要。文章采用均质化的模型等效方法及精细的前处理,结合压缩试验方法获得的各向同性材料性能数据,对电池系统及其零部件分别开展模态仿真,结合扫频测试数据,验证了模型的有效性和精度;通过试验与仿真的对标验证了电芯与支撑泡棉的材料数据,对比有无泡棉和有无箱盖的扫频试验数据,获得了箱盖和支撑泡棉对系统刚度的影响规律,并解释了几种状态扫频曲线差异性的影响因素及原因。

石墨负极和硅碳负极软包动力电池热失控特性研究

研究三元软包动力电池在不同触发热失控条件下,两种不同负极材料的安全性能特征,对负极材料安全性的选择具有重要意义。以三元材料为正极活性物质,石墨和硅碳材料为负极活性物质,通过设计制造容量为86Ah的软包动力电池来探究采用石墨和硅碳负极两种材料下安全性能的优劣,分别对三元软包电池进行机械滥用、电滥用和热滥用等测试方法来对比石墨负极和硅碳负极的安全性。在针刺实验中,硅碳负极软包电池热失控达到的最大温度在1500℃以上,远超于石墨负极软包电池(1272℃);在过充实验中,硅碳负极软包电池无论是最高温度(87.7℃)还是放热持续时间均比石墨负极软包电池(67.4℃)高;在外部加热引发热失控实验,硅碳负极软包电池(866.2℃)比石墨负极软包电池(801.1℃)热失控最高温度高,同时硅碳负极软包电池温度上升速率相对较快。

基于CAEfatigue的动力电池包振动疲劳仿真研究

本文利用有限元仿真前处理软件进行了动力电池包的建模,并使用Nastran软件进行了线性动力学频响分析求解,进而通过CAEfatigue软件对电池包进行了疲劳耐久寿命仿真,判断其可能存在一定风险。通过振动台台架试验,验证了电池包部分结构位置存在裂纹,仿真结果与试验数据较为吻合,可对电池包精细化设计提供参考。

基于多学科优化的锂离子动力电池包设计

为了解决电动车锂离子动力电池包结构耐久性问题,分析了噪声振动粗糙度、结构耐久性和碰撞安全工况。将频域随机振动载荷等效成时域随机信号,开展焊点疲劳分析。设计了多学科自动化样本计算流程后,开展优化分析。实验证明,采用多学科优化设计方案显著提高了计算性能。基于多学科优化的锂离子动力电池包设计能够快速、准确地找到全局最优解。

新能源动力电池包箱体挤压失效数值分析

针对新能源动力电池包箱体在挤压时,出现的大面积材料撕裂失效行为,提出一种基于广义增量应力状态依赖性损伤模型(GISSMO)材料断裂准则,采用LS-Dyna软件进行有限元分析建立实验数值模型的方法,通过设计失效物理样件,开展材料单向拉伸实验、胀形实验,标定不同应力三轴度状态下的失效塑性应变值,同时引入累积损伤参数以考虑累积损伤因素的影响。运用三点弯曲实验,矫正材料失效本构模型,通过比对箱体的挤压实验与仿真模拟结果,发现材料的失效区域、位置及过程失效行为均有较好的一致性,挤压力位移曲线的吻合度较高,验证了所得的基于GISSMO材料断裂准则失效计算模型,可以准确预测动力电池包箱体受到挤压破坏时产生的裂纹产生、材料失效问题。