电芯膨胀力叠加关系研究

随着新能源行业的兴起,高比能、低成本、高成组效率的模组设计已成为主流趋势。然而锂离子电池在充放电过程中会发生鼓胀,导致电芯循环寿命降低。且电芯到模组级别膨胀力呈增大趋势,过大的膨胀力会使模组端侧板发生破坏。文章基于电芯膨胀力叠加关系的研究,分别对单体电芯、2P1S、1P2S、3P1S、1P3S、4P1S、1P4S以及3P4S模组进行了测试,得出电芯串并联方式对模组膨胀力大小的影响可以忽略不计,且模组膨胀力的大小与电芯的个数呈对数函数的关系。通过预测不同成组方式模组膨胀力的大小,为安全模组设计提供指导意义。     

标准模组模态法简化建模研究

电池结构从电芯内部正负极及隔膜厚度的微米量级,到模组的毫米量级,再到电池系统和整车的米量级,结构尺寸跨度大;因此在电动汽车整车及电池系统有限元分析中,对电芯或模组的简化非常必要。在某标准模组有限元分析中,通过电芯模态频率试验,对比标定电芯简化模型材料参数,并获得准确的电芯简化模型,用于模组建模分析;对比模组详细建模计算与试验结果,二者共振频率误差小于1%;采用模态相等方法进行模组简化,模组简化建模约束模态结果与详细建模结果的误差小于1%;模组简化建模单元数量从10多万个降为5000个,单元数量去除率大于95%,在保证性能等效的同时有效降低单元数量,对整车有限元分析和电池系统有限元分析具有重要意义。     

一种高倍率充电液冷模组开发与设计

针对于纯电动力电池系统商用客车设计一种基于方形锂离子电池的电池液冷系统。通过对比模组底部冷却和侧面冷却模拟结果,说明大容量高倍率充放电模组实行侧面液冷的必要性。并针对于侧面液冷方案,设计了一款标准化液冷模组。侧面液冷模组综合考虑了电芯热膨胀,以及导致冷却效果不佳的冷板与电芯侧面接触等因素。     

基于锂电池模组的风冷方式研究

风冷技术虽已广泛应用于动力锂电池系统,但目前锂电池系统风冷的研究主要集中在如何利用电芯间隙冷却,电芯排布方式和模组进出风口形式的设计上,然而这些方法在实际应用中具有一定的限制。针对以上问题,本文在模组底部加装导热垫及散热片,同时利用计算流体力学的方法对该技术方案进行数值模拟,并分析对比加装不同形式的散热片,电池模组内电芯温度的差异。结果表明,模组底部加装散热片能够快速的将电芯的热量传递给冷却气流,并有效降低电芯间的温差;交错翅片型散热片的散热性能优于平直翅片型散热片;翅片数量及厚度在一定程度上影响了散热片的散热性能。     

HEV电池模组堆垛过程中电芯极柱高度差影响因素研究

电池包内模组通常由数个电芯成组而成,而模组集成装配的重要工艺之一就是电芯的堆垛,由于电芯本身的尺寸公差及工艺过程中引入公差,电芯堆垛成组后各个电芯的极柱、底面不可避免产生高度差,其形成的面的平面度偏差会影响到模组其他零件的装配,其中最重要的就是连接片与电芯极柱的激光焊接质量。文章主要探讨如何保证模组最终的焊接质量,从电芯尺寸公差、电芯堆垛工艺参数、焊接工艺参数、实际焊接需求等方面对提升焊接质量的因素进行分析。结果表明,电芯自身的尺寸公差与电芯堆垛的工艺设计对最终的堆垛结果均有一定程度的影响。研究结果对后续HEV及更多类型模组的堆垛设计提供了指导。     

新能源汽车动力电池锂沉积现象研究

文章主要研究新能源汽车动力电池在低温以及快充条件下电性能的衰减与伴随产生的锂沉积现象。通过模拟低温快充测试条件,对电池进行充放电处理;再对电芯进行物理拆解,利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、气相色谱质谱联用仪等材料分析手段对电芯电极片进行锂枝晶的形貌、金属元素价态和气体成分的分析。基于电芯的电性能与材料层级现象之间的关联研究,有助于从机理上理解电池电性能的表现。文章通过优化电池监测的控制条件,发展一种无损检测的技术方案,用于监测动力电池由于产生锂沉积而导致的性能衰减,以及时预警安全隐患来提高电动汽车的安全性。     

锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究

锂离子动力电池系统热失控扩展是造成电动汽车火灾事故的主要原因之一,文章以由圆柱形锂离子电池构成的动力电池系统为试验对象,采用加热触发单个电芯热失控的方式,通过采集电芯和模组的电压、温度等特征参数,对电芯热失控及在模组和系统范围内热扩展特性进行分析与研究。试验结果表明,电芯热失控诱发热扩展过程较为短暂,约5 s引发第二节电芯热失控;热失控发生前,触发电芯的负极采样温度高于正极,且负极温变速率平稳;热失控发生后,受正极喷射火焰影响,与之直接串接模组存在更高风险,在热扩展中受影响最大。     

基于微通道液冷的动力电池热管理性能分析

为了对电池进行有效的热管理,文章提出一种采用微通道液体冷却的热管理方式,并基于COMSOL软件对一款磷酸铁锂软包电池仿真研究,分析了不同放电倍率下冷却剂流量、冷却剂入口温度对电池模组冷却性能的影响。结果表明,采用冷却方式可以将电池组的最大温差及最高温度均控制在允许的区间;增加冷却剂流量可以在一定程度上降低电池组的最高温度和最大温差,但是需要考虑泵送功的损失;降低冷却剂入口温度是降低电池模组最高温度的有效方式,冷却剂入口温度对电池组温度一致性影响很小。     

热激源下LFP锂离子电池的热失控特性研究

电动汽车用动力电池系统单一电芯热失控后经扩展导致燃烧是电动汽车灾害事故的主要发展链条之一,为进一步厘清锂离子电池热激源下的灾害表现行为,本文采用加热板直接加热的方式开展了热传导作用下方壳磷酸铁锂电池单体和模组的热失控实验研究,并采集和分析了热失控过程中的电池温度、电压及火灾动力学参数。实验结果表明,LFP单体在热传导作用下的热失控会产生大量白烟,但无明火出现,电芯防爆阀开启温度为250℃,热失控温度280℃,热失控最高温度600℃,LFP单体热失控存在电芯内部的热蔓延特征,热失控内传递时间约为1.5 min;LFP电池模组燃烧呈间歇喷射特征,且火焰传播速度逐步加快,模组最大热释放速率为260 kW,最大烟气生长速率为1.4 m²/s。LFP电池模组着火的点火能主要来自外部电压采样线因高热导致绝缘层失效后短路产生的电火花,且电芯连续热失控更易引发采样线短路,在动力电池系统设计时应尤其注意电压采集线路布置位置、绝缘层失效温度等关键参数。     

基于正交模型灰色关联算法的高功率动力电池包冷却结构优化研究

针对液冷型动力电池包冷却结构多因素参数化研究,搭建电芯电-热耦合仿真模型,通过台架试验验证了电芯仿真计算的有效性。对显著影响液冷型电池包性能的冷却液流速、冷却液温度及冷管宽度和高度4个关键参数进行四因素四水平正交试验计算,基于正交模型的模糊灰色关联分析法探究四因素对电池模组最高温度和最大温差的影响权重。结果显示：对于电池模组最高温度,冷却液的温度对其影响最大,冷却液流速次之,冷却管道宽度影响最小;而对于电池模组最大温差,冷却液流速对其影响最大。通过结果分析得到优化组合方案,计算得到优化方案能使得电池组最高温度下降到32.8℃,最大温差控制在3.3℃内,冷却性能表现最佳。     

浅谈动力电池模组焊接过程监测和焊缝质量检测方法

激光焊接是方形和软包动力电池模组制造过程中的关键工艺,焊接过程中产生的缺陷将会影响电池的过流能力和连接强度,降低电池包使用寿命,严重的将导致安全事故.因此动力电池模组激光焊接的过程实时监测和焊缝质量的无损检测方法是非常重要的研究对象.     

不同热管理方案下锂离子电池模组温度特性分析

针对锂离子动力电池在不同条件下电池模组温度变化及热失控传播特性不明晰的问题,提出了基于不同填充材料的电池热管理模拟方案。利用COMSOL Multiphysics软件,以18650电池为研究对象,建立锂离子电池模组热电耦合模型,分析不同填充材料下充放电倍率、液冷流量、液冷管排数对正常电池模组温度的影响;探究不同填充材料对电池模组热失控传播的影响;结合电池热失控试验数据验证模型准确性。结果表明,填充材料和管排数对电池正常模组温度影响较大;填充材料为石墨时最佳液冷管排数为8根;PCM材料能将对热失控传播时间控制在40~50 s/颗,相比于石墨具备明显优势。     

锂离子电芯传热行为与热管理设计

锂离子电池热管理设计大多从电池封装层面考虑热管理与电池系统的结合,容易忽略对电芯本身传热行为和电芯级热管理设计的细节研究。为此,研究方形锂离子电芯传热行为和影响电芯传热的关键参数,建立方形锂离子电芯传热数学模型,通过不同传热位置、传热面的对比计算进行测试验证,确定方形锂离子电芯最佳的热管理设计传热位置。研究结果可为锂离子电池热管理系统优化设计提供参考。     

大容量锂电池模组过充热失控分析

为提高动力电池的安全性,降低热失控的风险,以某款标称容量为166Ah的大容量锂电池模组作为研究对象,在常温25℃试验环境下,利用充放电测试系统以1/5C恒流对电池模组进行过充电热失控试验,研究其过充电热失控的反应特点和行为特性。结果表明：在常温25℃试验环境下,该电池模组充电至154%SOC,发生热失控行为。过充热失控反应存在明显的演变过程,热失控发生前电芯一致性变差,内部电压的下降时间超前于模组的热失控异常升温时间,对热失控进行预警。     

汇流排产热影响下的电池模组冷却系统改进设计

本文利用Bernardi生热速率方程，通过仿真和实验验证建立了可靠的电芯生热模型，仿真和实验误差在2%以内。在此基础上建立汇流排产热影响下的模组生热模型，针对原冷却系统对模组顶部区域和汇流排上冷却效果不足等进行改进设计，在冷却板布置方式上提出将冷却板布置在模组侧面，再通过仿真分析选取合适的冷却板厚度、冷却液体积浓度和冷却液入口流速，最终设计的冷却系统模组汇流排体平均温升降低了15.56%，电芯体平均温升降低了11.48%，模组顶部表面平均温升降低了20.34%，同时模组电芯上的温度分布也更加均匀。     

锂离子电池在外部压力作用下的循环性能测试及分析

对于新能源汽车来说，续航里程一直是大众关注的重点，与续航里程直接相关的零部件就是电池。锂离子电池是现在车用电池的主流，电池的电性能直接影响着汽车的续航里程。电池受到持续的外部压力作用，循环性能将产生变化。本文将取两组电池进行测试，对比电池在外部压力作用下和自然状态下的循环充放电容量保持率，从而为相应电池产品的性能设计提出优化建议。     

汇流排对电池模组温度与电流均衡性的影响分析和实验研究

对某电动汽车电池模组的发热特性进行了热电耦合数值计算,研究了放电倍率、电流进出方式、汇流排接触面积和电流进出位置等对电池模组温度场和电流密度的影响。结果表明:电流放电倍率对温升和汇流排与电池之间的热交换影响较大,高倍率电流充放工况下电池发热分析应该考虑汇流排电热效应的影响。采用电池充放电测试系统对电池模组在不同放电倍率电流工况下的温升情况进行实验研究,在28.5℃的环境温度下,测得最大温升与热电耦合数值计算结果基本一致,说明了数值模拟可很好预测汇流排的温升特性。     

锂离子动力电池模组碰撞失效行为试验研究

随着新能源汽车的快速发展和普及推广,锂离子动力电池的安全性问题日益突出。文章基于电池系统国标检测项目和典型汽车碰撞工况,设计了锂离子电池模组在不同加载速度和不同方向下的挤压试验,分析了锂离子电池模组的复杂力-电特性和失效行为。结果表明:电池模组在低速和高速挤压试验过程中均出现内短路和热失控现象,高SOC电池模组相比于低SOC模组在发生热失控后更容易起火燃烧。高速冲击工况下电池模组发生内短路时的侵入量比低速工况时小,说明电池模组的损伤容限随着加载速度的提高而降低。电池模组在碰撞工况下的力学特性及安全性具有典型的方向性。电池模组X方向的抗冲击能力相比Y向和Z向更强,但因电池单体堆叠热量积聚使得模组热失控更严重。研究结果为模组耐撞性能提升和整车电池碰撞防护设计提供了重要参考依据。     

锂电池组液冷结构设计及散热影响因素分析

针对锂动力电池在放电过程中的散热问题,建立基于某三元锂电池模组的生热模型,仿真分析并试验探究了电池模组在不同放电倍率下的发热情况。在验证模组生热模型正确的前提下,结合模组发热具体情况,设计U型液冷管道并建立电池模组的液冷模型,比较了不同参数的冷却液介质和不同温度的冷却液对锂电池组冷却性能的影响。研究表明:设计的U型管道能够满足电池组冷却散热需求,导热系数大且温度较低的冷却介质散热效果更好。     

圆柱型锂离子电池组热均衡性研究

首先建立水冷系统布置方案和三维模型,然后对水冷模式下圆柱形锂离子电池18650不同排列方式的冷却效果和热均衡性进行对比分析,最后对电池模组放电过程中不同点的温度进行测试。定义热比来定量描述电池模组热均衡性。仿真分析与试验验证的结果表明,电池模组几何模型和单体数量相同时,错位排列的冷却效果和热均衡性均优于并行排列,1C放电倍率下,错位排列最高温升比并行排列低2.26 K,热均衡性提高33.9%;同一排列方式下电池单体数量越多,模组热均衡性越差,当模组中单体数量由15增加到60时,并行排列热均衡性下降了5.1%,错位排列热均衡性下降6.3%;几何模型和放电倍率对热均衡性影响很小。