電池包對電動(dòng)汽車的碰撞安全性具有重要的影響。在車載碰撞、沖擊等機(jī)械載荷作用下,電池包可能會(huì)發(fā)生變形并對動(dòng)力電池造成擠壓破壞,從而引發(fā)著火、爆炸等安全事故。因此,從根本上認(rèn)識(shí)動(dòng)力電池在擠壓載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)特性和變形失效規(guī)律,對動(dòng)力電池的車載應(yīng)用、安全防護(hù)以及電動(dòng)汽車的碰撞安全性評價(jià)具有重要意義。本文以方形鋁殼磷酸鐵鋰電池為對象,研究電池在擠壓載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)特性和內(nèi)部短路失效規(guī)律,建立電池的力學(xué)有限元模型,并將其應(yīng)用到電池?cái)D壓安全性和電動(dòng)汽車碰撞安全性仿真分析中。首先,從宏觀角度對單體電池進(jìn)行整體平面擠壓和局部球頭擠壓試驗(yàn)。根據(jù)擠壓過程中電池的載荷、變形、電壓和溫度之間的關(guān)系,分析電池的力學(xué)響應(yīng)特性、內(nèi)部短路機(jī)理和失效破壞特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果為構(gòu)建電池的有限元模型提供了指導(dǎo),并以力的突變點(diǎn)作為內(nèi)部短路發(fā)生的標(biāo)志,將電池的力學(xué)失效轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦阅苁�。然�?從微觀角度對電池內(nèi)芯疊層材料進(jìn)行多軸球頭擠壓試驗(yàn),研究疊層材料的擠壓失效特點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度大小及其失效的先后順序,分析電池內(nèi)部短路的起因和發(fā)展過程。此外,通過多工況試驗(yàn)研究外殼、電解液、擠壓方向、擠壓位置等因素對電池力學(xué)性能和內(nèi)部短路的影響,... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電動(dòng)汽車安全事故案例

如圖 1-4 所示。a）圓柱形鋰離子電池 b）軟包鋰離子電池 c）方形鋰離子電池圖1-4 不同結(jié)構(gòu)的單體鋰離子電池圓柱卷繞式是一種很古典的電池構(gòu)型，在鎳氫、三元鋰離子電池上得到了長期的應(yīng)用，業(yè)界也積累了大量的生產(chǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。圓柱卷繞式的優(yōu)點(diǎn)包括生產(chǎn)效率高、一致性好等，缺點(diǎn)包括圓柱外形導(dǎo)致的空間利用率低、徑向?qū)岵顚?dǎo)致的溫度分布問題等。由于圓柱電池的徑向?qū)嵝阅懿患眩姵氐木砝@圈數(shù)不能太多（18650 電池一般在 20 圈左右），因此單體容量較小，應(yīng)用在電動(dòng)汽車上時(shí)需要大量單體組成電池模組和電池包，連接損耗和管理復(fù)雜度都大大增加。與圓柱形電池是由單片的正、負(fù)極片卷繞成形的工藝不同，層疊式方形和軟包電池是由多層的方形極片相互堆疊而成的。方形層疊式的電池與圓柱形電池相比

可以預(yù)測電池在擠壓載荷下的力-變形響應(yīng)以及在局部擠壓工況下的短路發(fā)生時(shí)刻。a）軟包電池壓痕試驗(yàn) b）軟包電池三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)圖1-5 軟包電池的分層有限元模型隨后，Sahraei 和 Wierzbicki[26-27]又對 18650 圓柱形電池做了大量的力學(xué)試驗(yàn)，得到圓柱形電池的基礎(chǔ)力學(xué)特性數(shù)據(jù)，并建立 18650 圓柱形單體電池內(nèi)芯本構(gòu)方程和均質(zhì)有限元模型。經(jīng)驗(yàn)證，所建立的模型能夠正確表征電池的力學(xué)特性。后來，Sahraei[28]將上述建模方法應(yīng)用到其他不同材料和不同尺寸的電池上。2012 年，Greve 等[29]采用徑向壓縮、三點(diǎn)彎曲和局部壓痕試驗(yàn)方法，研究 18650 圓柱電池的力學(xué)響應(yīng)特性，并提出不同于Sahraei的電池內(nèi)芯本構(gòu)模型。然后建立均質(zhì)電池模型

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：2983776