功能梯度阳极固体氧化物燃料电池热应力数值模拟研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)各部件间的材料属性差异导致电池在制造和运行过程中应力过高,使用功能梯度材料电极可以减小SOFC的残余应力和热应力。本研究基于COMSOL Multiphysics 6.0软件建立完整结构的SOFC多物理场耦合模型,采用四种不同的分布曲线表征阳极材料的组分分布,对功能梯度阳极SOFC的残余应力和运行热应力进行数值计算。结果表明,电池在制备过程中,使用功能梯度材料能显著减小阳极所受的拉应力,该现象在常温下更加明显。二次曲线分布相比于无梯度分布,还原前阳极的室温最大拉应力减小47.69%,还原后室温最大拉应力减小35.74%。电池在运行过程中,电化学反应产热和气体对流换热导致入口和出口形成温差,金属框在出入口以及肋与电极接触的位置存在较大的应力集中现象。功能梯度材料可以显著减小阳极、金属框及电解质所受的最大应力,其中材料组分为二次曲线分布时效果最明显。本研究对设计制造SOFC具有潜在的理论意义和工程价值。

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。

车载开放式自然冷却电池包散热研究

以车载开放式安装的电池包为研究对象,电池包开放式安装在车辆底部,车辆运行过程中箱底与地面之间形成空气对流区,同时改变电池包底部结构,在箱底设计加强筋,改变空气流动状态,使对流区中的空气流动达到踹流状态,提高对流换热效率。文章采用理论分析和实验室实测的方法对电池包自然冷却的温升进行了分析,对比车辆按照实际工况运行中的电池温升数据。结果表明,自然冷却的电池包采用适当的安装方式,可以达到强迫风冷电池包的冷却效果,达到降低成本与结构复杂程度的目的。

动力电池箱下箱体结构工艺设计

受电池形状的影响,电池箱下箱体是一个带法兰凸缘的盒形件,功能上需要承受车辆行驶中的振动冲击、安全防护与均匀散热以及长时间室外使用,对此不允许有局部变薄、裂纹、凹凸不平、周边不直等缺陷。在冲压加工中,可能出现圆角拉裂、局部变薄、侧壁起皱、失稳断裂、底面不平等缺陷,文章从工艺特点以及电池箱功能需求出发,从设计上提出这些加工缺陷的解决措施,降低电池箱下箱体加工难度,提高零件可靠性。