單體可重構(gòu)的電動汽車動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計-任務(wù)書+開題報告+文獻摘要

畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：單體可重構(gòu)的電動汽車動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書包含以下方面的內(nèi)容：（一）設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：（1）設(shè)計參數(shù)：電池容量36.5kWh,功率密度不小于200W/kg(包級)；電池為鋰電。（2）電池分為包級-模組級-單體級，設(shè)計的電池包必須可拆解，單體可重組，易于可循環(huán)再利用；（3）完成動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括單體選型，模組結(jié)構(gòu)、電池包結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)等；（4）電池包所有組件結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接方式確定；（5）開展電池包的結(jié)構(gòu)強度計算和驗證分析；（6）開展電池包碰撞性能分析。（7）開展電池包可拆解、可重組性分析。（二）完成的主要任務(wù)及要求：（1）設(shè)計圖紙必須包含裝配圖和零件圖，總制圖量折合不少于2.5張0#圖紙，其中機繪圖紙量折合不少于1.5張0#圖紙，且機繪圖中三維圖（需轉(zhuǎn)為二維圖）紙不得少于1張0#圖紙量，所有圖紙內(nèi)容不得重復(fù)；（2）畢業(yè)設(shè)計說明書不少于1萬字；（3）畢業(yè)設(shè)計文獻檢索不少于15篇，其中5篇外文，文獻檢索每篇不少于200字；（4）開題報告不少于1400字；（5）翻譯與本專業(yè)相關(guān)的外文資料不少于2萬印刷字符，譯成中文不少于5000字；（6）完成一定量的編程任務(wù)，應(yīng)有源程序和調(diào)試計算結(jié)果（由指導(dǎo)教師安排）。（7）畢業(yè)設(shè)計說明書查重全文復(fù)制比不高于30%，單章不高于35%。（三）完成任務(wù)的時間節(jié)點：1-2（7學(xué)期第19-20周）

確定畢業(yè)設(shè)計選題、完善畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書(相關(guān)參數(shù))、校內(nèi)外資料收集3（8學(xué)期第1周）

方案構(gòu)思、文獻檢索、完成開題報告4～5（8學(xué)期第2-3周）

外文翻譯、資料再收集6～8（8學(xué)期第4-6周）

設(shè)計計算、草圖繪制（3.14開題答辯）9～11（8學(xué)期第7-9周）

圖樣繪制、編寫設(shè)計計算說明書（論文）、（4.25中期答辯）12～14（8學(xué)期第10-12周）

圖樣及設(shè)計計算說明書整理、資料袋整理，答辯資格審查15（8學(xué)期第13周）

學(xué)生提出答辯申請，并作答辯準(zhǔn)備；教師審閱圖紙、說明書16～17（8學(xué)期第14-15周）

參加答辯（四）必讀參考文獻：1、汽車?yán)碚?，機械工業(yè)出版社，余志生主編2、汽車構(gòu)造，機械工業(yè)出版社，陳家瑞主編3、行星齒輪傳動設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，饒振剛編著4、汽車設(shè)計，機械工業(yè)出版社，王望予主編5、機械設(shè)計手冊、汽車設(shè)計手冊等6、相關(guān)中外文期刊論文等。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告

設(shè)計目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）1.1研究目的動力鋰離子電池的比能量可達到120~150W·h/Kg，相較于其他的動力電池，鋰離子電池具有較商的比能量而且短時間的質(zhì)量比功率可達1000W/Kg，因此動力型鋰離子電池成為電動汽車領(lǐng)域研究的熱點【1】。動力電池系統(tǒng)為電動汽車提供動力，通常動力電池系統(tǒng)是先由多個電池單體構(gòu)成電池模塊，再根據(jù)電動汽車的需求，串聯(lián)或并聯(lián)多個電池模塊構(gòu)成動為電池系統(tǒng)。電池單體通常是指單個電化學(xué)電芯，通過一定的機械連接和電連接，將電池單體串聯(lián)或者并聯(lián)組成具有大電壓或者大電流的結(jié)構(gòu)，稱之為電池模塊【2】。動力電池系統(tǒng)除了電池模塊、電連接結(jié)構(gòu)以及機械固定結(jié)構(gòu)外還包括電池?zé)峁芾怼㈦姵仉妷汗芾砘半姵匕踩璧腂MS模塊。本文就某電動汽車動力電池包進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及相應(yīng)分析工作，確保動力電池包滿足工作要求。1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國從1980年左右開始研究鋰離子電池，2000年左右，我國鋰離子電池年產(chǎn)量僅為0.35億只，遠小于同期日本的產(chǎn)量。在國家戰(zhàn)略上，我國將動力鋰離子電池技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展方向，并支持一些國內(nèi)企業(yè)大為發(fā)展鋰離子電池。深圳比亞迪、天津力神等企業(yè)在電池技術(shù)方面取得巨大進步。在電動汽車領(lǐng)域，萬向集團將鋰離子電池應(yīng)用于電動汽車與混合動力汽車上，比亞迪公司與美國A123公司合作，研究電動汽車用動力電池系統(tǒng)，這些努力和嘗試，對我國鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展有重要意義。日本是世界上較早進行鋰離子電池研究的國家，日本索尼公司首先在90年代初推出了第一代鋰離子電池并憑借其比能量高的特點，獲得市場青睞。從2002年開始，鋰離子電池逐漸應(yīng)用到電池汽車以及助力轉(zhuǎn)向中，隨著材料技術(shù)的突破，鋰離子電池安全性和比能量都有較大提高，并在電動汽車領(lǐng)域所占市場份額逐步提升【3】。2011款雪弗蘭（Volt）電池組，該電池組主要由４個電池模塊組成Ｔ型，這樣便于電池組在汽車底盤的布置，每一個電池模塊均由薄片型裡離子電池組成，通過母線來連接４個電池模塊，保證安全【4】。2014款日產(chǎn)Leaf電池組采用４節(jié)電池單體串并結(jié)合的方式組成電池模塊，再由48個電池模塊串聯(lián)成電池組的方式【5】。2014款特斯拉Models純電動汽車的電池包結(jié)構(gòu)先采用多個18650電池組裝成電池包，再由單體電池包組裝成電池組，最終將電池組緊湊的布置在底盤上。每一個電池單體均設(shè)置導(dǎo)熱管路，并將導(dǎo)熱管路與電池單體外殼進行絕緣處理【6】。每一個電池組均設(shè)置獨立的BMS系統(tǒng)，監(jiān)測電池組內(nèi)部電池單體的容量、電壓及溫度的變化。1.3研究意義根據(jù)上訴國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及實際的設(shè)計應(yīng)用，本次設(shè)計（論文）的目的及意義是基于設(shè)計的純電動汽車實際需求合理設(shè)計動力電池包的結(jié)構(gòu)，并完成電池包組成結(jié)構(gòu)設(shè)計以連接方式確定。合理的電池包結(jié)構(gòu)對確保電池的安全至關(guān)重要，在設(shè)計電池包結(jié)構(gòu)時要防止電池成組時帶來的一系列問題，研究電池包的結(jié)構(gòu)強度，并進行計算驗證；分析動力電池包的碰撞性能，確保電池組安全；并開展電池包可拆解、可重組性分析，實現(xiàn)電池包的循環(huán)利用，節(jié)約資源，并有利于電池拆裝、更換、維修。2.研究(設(shè)計)的基本內(nèi)容、目標(biāo)、擬采用的技術(shù)方案及措施2.1研究(設(shè)計)的基本內(nèi)容（1）基于電動汽車的主要性能參數(shù)以及動力電池包的參數(shù)要求，完成相應(yīng)的動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）對所設(shè)計動力電池包進行結(jié)構(gòu)強度計算分析。（3）開展電池包碰撞性能分析、可拆解可重組分析。2.2研究(設(shè)計)的目標(biāo)（1）電池分為包級-模組級-單體級，設(shè)計的電池包必須可拆解，單體可重組，易于可循環(huán)再利用；（2）動力電池包的參數(shù)要求，T型布置方式，確定電池單體選型，確保符合設(shè)計要求；（3）完成動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括模組結(jié)構(gòu)、電池包結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)，以及所有組件結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接方式確定；；（4）完成動力電池包的結(jié)構(gòu)強度計算和驗證分析；（5）開展電池包的碰撞性能分析和可拆解可重組分析；（6）完成電池包的三維建模，繪制相應(yīng)的裝配圖和零件圖，編寫相應(yīng)設(shè)計說明書。2.3擬采用的技術(shù)方案及措施隨著能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，電動汽車的研發(fā)日趨激烈。發(fā)展電動汽車，是推動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。動力電池包作為電動汽車能量的主要來源，其設(shè)計的好壞直接影響了整車的性能。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，進行純電動汽車動力電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。（1）首先做好前期準(zhǔn)備工作，查閱相關(guān)文獻資料，了解動力電池的基本知識，明確電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計的相應(yīng)要求；（2）由任務(wù)書內(nèi)容，分析動力電池包設(shè)計參數(shù)，結(jié)合實際電動汽車的整車參數(shù)，主要由電池包參數(shù)，布置方式以及車身結(jié)構(gòu)尺寸以及其他相關(guān)要求，完成電池單體選型工作，并確保符合參數(shù)要求，確定動力電池包的布置方案；（3）接著對電池包進行整體設(shè)計，依此完成各項結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括電池模組結(jié)構(gòu)設(shè)計、電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計（成組設(shè)計）、殼體設(shè)計（電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計）以及其他結(jié)構(gòu)組件設(shè)計，并依次運用CATIA、AUTOCAD等三維建模軟件進行模型建立；（4）再通過有限元分析軟件（如AnsysWorkbench、HyperMesh等）對初步設(shè)計的動力電池包建立有限元模型，進行其結(jié)構(gòu)強度計算和驗證分析，為動力電池包的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化奠定基礎(chǔ)；（5）最后進行電池包碰撞性能分析和可拆解、可重組性分析。技術(shù)方案與措施框圖如圖1.1所示：圖1.1設(shè)計路線圖3．進度安排表1-時間計劃表周次工作內(nèi)容提交內(nèi)容1～2（7學(xué)期第19-20周）確定畢業(yè)設(shè)計選題、完善畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書(相關(guān)參數(shù))、校內(nèi)外資料收集畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書3（8學(xué)期第1周）方案構(gòu)思、文獻檢索、完成開題報告文獻檢索開題報告4～5（8學(xué)期第2-3周）外文翻譯、資料再收集外文翻譯6～8（8學(xué)期第4-6周）設(shè)計計算、草圖繪制設(shè)計計算草稿、草圖9～11（8學(xué)期第7-9周）圖樣繪制、編寫設(shè)計計算說明書圖樣、論文初稿12～14（8學(xué)期第10～12周）圖樣及設(shè)計計算說明書整理、資料袋整理，答辯資格審查正式圖樣、論文15（8學(xué)期第13周）學(xué)生提出答辯申請，并作答辯準(zhǔn)備；教師審閱圖紙、說明書畢業(yè)設(shè)計資料袋16～17（8學(xué)期第14-15周）參加答辯畢業(yè)設(shè)計成績4.參考文獻[1]趙冠宇,徐丹,馮富春.一款純電動乘用車電池箱體的設(shè)計[J].電源世界,2015(08):42-44.[2]姜高松.某純電動汽車電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及優(yōu)化[D].湖南大學(xué),2016.[3]劉元強.純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計及特性研究[D].東南大學(xué),2016.[4]郜效保.微型純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計與碰撞安全性研究[D].湖南大學(xué),2016.[5]王兵.一種純電動汽車電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].上海電氣技術(shù),2016,9(01):37-39+48.[6]孫小卯.某型電動汽車電池包結(jié)構(gòu)分析及改進設(shè)計[D].湖南大學(xué),2013.[7]王陽,寧國寶,鄭輝.集中電機驅(qū)動純電動汽車電池包設(shè)計[J].汽車技術(shù),2011(7):32-35.[8]薛雯.純電動汽車電池結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué),2016.[9]王麗娟.車用動力電池包結(jié)構(gòu)CAE分析優(yōu)化研究[D].南京理工大學(xué),2015.[10]琚安建.四輪獨立驅(qū)動電動車平板式電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析[D].東南大學(xué),2017.[11]AroraS,ShenW,KapoorA.Reviewofmechanicaldesignandstrategicplacementtechniqueofarobustbatterypackforelectricvehicles[J].RenewableandSustainableEnergyReviews.2016.[12]ShuiL,ChenF,GargA,PengX,BaoN,ZhangJ.Designoptimizationofbatterypackenclosureforelectricvehicle.StructuralandMultidisciplinaryOptimization[J].2018;58(1):331-47.[13]XueN,DuW,GreszlerTA,ShyyW,MartinsJRRA.Designofalithium-ionbatterypackforPHEVusingahybridoptimizationmethod[J].AppliedEnergy.2014;115:591-602.[14]PilleyS,MorkosB,Alfalahi,M.IntegrationandModularityAnalysisforImprovingHybridVehiclesBatteryPackAssembly(2018)SAETechnicalPapers,2018-April[15]LiuZ,TanC,LengF.Areliability-baseddesignconceptforlithium-ionbatterypackinelectricvehicles[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety.2015;134:169-77.5.指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師（簽名）：年月日

文獻檢索摘要1.趙冠宇,徐丹,馮富春.一款純電動乘用車電池箱體的設(shè)計[J].電源世界,2015(08):42-44.在混合動力和純電動乘用車領(lǐng)域，整車布置預(yù)留給電池系統(tǒng)的空間非常有限，而在有限的空間內(nèi)，又需要滿足整車動力性能要求、與車身結(jié)構(gòu)的連接要求、與車輛連接的各類接口要求及安全性要求。這些要求都與電池箱體的設(shè)計密切相關(guān)，因此，電池箱體設(shè)計成為電池系統(tǒng)設(shè)計成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。箱體必須具備一些基本功能，如與整車的信號通信、電源輸出、增程器充電輸入、維護開關(guān)設(shè)計等。在滿足以上功能的基礎(chǔ)上，箱體設(shè)計還需考慮其他設(shè)計要點：⑴防水設(shè)計，⑵絕緣設(shè)計，⑶車輛碰撞要求。并通過箱體內(nèi)部器件的合理布置，箱體與車輛的機械連接，電池箱體的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，電池箱體的表面防護等對動力電池箱體進行整體設(shè)計，最后利用CAE模擬進行電池箱結(jié)構(gòu)強度模擬仿真分析。2.姜高松.某純電動汽車電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及優(yōu)化[D].湖南大學(xué),2016.以長豐集團某款純電動汽車電箱為研究對象，進行了以下幾個方面的研究工作。首先闡述了動力電池箱設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)及所要滿足的要求，然后根據(jù)現(xiàn)有的車型，運用CATIA對電池箱進行空間布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并運用HyperMesh對所設(shè)計的電池箱建立初步的有限元模型，為動力電池包的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。運用Radioss對動力電池箱進行靜強度分析及模態(tài)分析，基于靜力學(xué)和模態(tài)分析的結(jié)果，運用OptiStruct分別對動力電池箱進行了尺寸優(yōu)化和形貌優(yōu)化，對優(yōu)化之后的結(jié)果重新進行建模及有限元分析，并與優(yōu)化之前的結(jié)果進行對比分析，優(yōu)化之后的電池箱在滿足強度的前提下有效提高了其剛度，并且達到了輕量化的效果，證明了優(yōu)化的可行性。3.劉元強.純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計及特性研究[D].東南大學(xué),2016.主要針對動力電池包的設(shè)計以及特性進行研究，本文選用NCR18650PF鋰離子電池作為電池單體，設(shè)汁了從電池單體、電池包到電池系統(tǒng)多層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上試制電池包樣品，研究電池包的散熱特性Ｗ及動力學(xué)特性。根據(jù)目標(biāo)車型要求，合理設(shè)計電動汽車電池系統(tǒng)參數(shù)，確定單個電池包基本構(gòu)架，即18個電池單體并聯(lián)成電池模塊，24個電池模塊串聯(lián)成動力電池包。電池模塊及電池組進行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在電池模塊設(shè)計于制作中主要包括校核導(dǎo)電能力、單體一致性檢測以及焊點檢查。電池包設(shè)計過程中主要完成電池模塊的固定與連接設(shè)計、電池包的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計以及電池內(nèi)部的導(dǎo)線導(dǎo)電能力的校核，最終完成并制作了比能量為102.337W·h/kg的電池包。4.郜效保.微型純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計與碰撞安全性研究[D].湖南大學(xué),2016.為某公司某一款微型純電動汽車設(shè)計動力電池包，并在此基礎(chǔ)上分析電動汽車的碰撞安全性，找出不合理結(jié)構(gòu)并加以改進，并使之符合碰撞安全法規(guī)。主要研究電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析首先闡述了電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)要求，原動力蓄電池方案布置和電池包結(jié)構(gòu)的不足之處。然后根據(jù)本車型的車身結(jié)構(gòu)確定電池包布置方案。利用Catia軟件對電池包進行幾何建模，并用Hypermesh前處理軟件對幾何模型進行網(wǎng)格的劃分，選擇合適的單元和連接方式進行裝配并根據(jù)實際情況賦予各部件相應(yīng)的材料和厚度，建立電池包有限模型。最后根據(jù)汽車在顛簸路面兩種典型工況和前７階約束模態(tài)進行分析來驗證所建立的電池包是否滿足設(shè)計要求?；谡?cè)面碰撞電池包安全性分析與優(yōu)化，并提出電動汽車在正、側(cè)面碰撞過程中存在的問題并提出解決方案，最后來驗證優(yōu)化結(jié)果是否滿足條件。5.王兵.一種純電動汽車電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].上海電氣技術(shù),2016,9(01):37-39+48.電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的多樣性，取決于電池的種類、形狀、尺寸及車體上的放置空間等。鋰離子電池的比能量和比功率都較高，在電動汽車應(yīng)用方面有較大優(yōu)勢。軟包裝鋰離子電池包作為一種大容量的儲能裝置，不但要滿足整車系統(tǒng)的用電要求，而且要滿足安全性、機械強度、振動、絕緣及阻燃性的要求，所以在進行電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，需要盡可能多地了解整車的情況及實際車輛運行的要求，對整車的狀況了解越詳細，設(shè)計的電源系統(tǒng)越完善。本文以ZKLF620車型為例，介紹了一種純電動汽車鋰離子電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計，電池包安裝于小型汽車車廂內(nèi)部，高模組安裝于后排車座下方，低模組安裝于車廂踏板下方。電池包分為若干個小型模組，容易搬運，易于布置，方便安裝與連接。6.孫小卯.某型電動汽車電池包結(jié)構(gòu)分析及改進設(shè)計[D].湖南大學(xué),2013.本文針對某型電動汽車電池包，基于虛擬實驗?zāi)Ｐ?，對電池包結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性以及疲勞耐久性進行分析，并針對分析結(jié)果提出相應(yīng)改進建議。首先根據(jù)電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計所需滿足的相關(guān)要求建立了結(jié)構(gòu)的三維實體模型，進而建立電池包有限元模型，箱體結(jié)構(gòu)采用殼單元模擬，動力電池結(jié)構(gòu)采用三維實體單元近似模擬，運用方法對電池包進行模態(tài)分析；基于對電池包動態(tài)、疲勞分析結(jié)果，對其結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。選擇了新型材料，并對結(jié)構(gòu)薄弱處進行改進。對修改后模型再次進行分析，結(jié)果顯示，改進效果良好，已基本達到既定設(shè)計要求，驗證了結(jié)構(gòu)改進方案的可行性和合理性。7.王陽,寧國寶,鄭輝.集中電機驅(qū)動純電動汽車電池包設(shè)計[J].汽車技術(shù),2011(7):32-35.純電動汽車同其它形式新能源汽車相比，在技術(shù)實現(xiàn)上沒有重大制約，且成本可以大幅降低。限制其發(fā)展的主要問題是續(xù)航能力不理想，主要適用于在城市內(nèi)使用。本論文以某純電動汽車改型工作為依托，根據(jù)該電動汽車的總體設(shè)計要求。針對純電動汽車，根據(jù)設(shè)計要求選定永磁同步電機和動力蓄電池參數(shù)，提出了一種適用于集中電機驅(qū)動純電動汽車的電池包設(shè)計流程，包括安全性、功能性、布置方案、總體結(jié)構(gòu)、載荷分配校核、熱管理、固定結(jié)構(gòu)、線束、空間校核和結(jié)構(gòu)有限元分析等，并利用該設(shè)計流程成功完成了電池包開發(fā)。8.薛雯.純電動汽車電池結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué),2016.以長安M201純電動車項目作為課題載體，研究電動汽車用動力電池系統(tǒng)，運用材料科學(xué)、機械設(shè)計和計算機仿真分析方法設(shè)計出滿足純電動汽車駕駛要求、充電要求的動力電池系統(tǒng)。主要完成的研究工作有：電池單體電芯正負極材料選擇及電池結(jié)構(gòu)、安全性方面優(yōu)化。通過對比目前主流動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況，把握行業(yè)趨勢針對目前動力電池出現(xiàn)的問題，優(yōu)化材料選擇及配比原則得出最優(yōu)化的材料組合搭配，從而解決電池安全性問題?？傮w規(guī)劃電池系統(tǒng)的電池排布及電池模組和箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中很重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，包括電池箱體、電池模組、高壓系統(tǒng)布置、密封絕緣設(shè)計等。根據(jù)項目性能指標(biāo)要求設(shè)計系統(tǒng)排布方案，設(shè)計滿足相關(guān)電器要求的模組方案，對于設(shè)計出整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用模擬仿真軟件隨機振動強度，并在方案上進一步優(yōu)化設(shè)計。9.王麗娟.車用動力電池包結(jié)構(gòu)CAE分析優(yōu)化研究[D].南京理工大學(xué),2015.隨著近年來國家對電動汽車技術(shù)的大力支持，國內(nèi)電動汽車關(guān)鍵部件的自主研發(fā)能力的快速提升，CAE技術(shù)在電動汽車關(guān)鍵部件研發(fā)中的應(yīng)用是縮小和趕超國外先進水平的關(guān)鍵。本文從模態(tài)分析、靜態(tài)分析、動態(tài)分析、疲勞分析，輕量化分析等方面介紹CAE技術(shù)在電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，對電動汽車電池包設(shè)計開發(fā)具有指導(dǎo)作用。通過對結(jié)構(gòu)改進前后電池箱動、靜態(tài)性能的對比,確定了加強筋的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，驗證了電池包CAE分析的有效性，保證了電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全、可靠，滿足國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從本文對純電動汽車電池包CAE分析過程來看，CAE技術(shù)可以在車用電池包設(shè)計過程中對電池包的結(jié)構(gòu)和性能做出預(yù)估，從而大大降低電動汽車電池包開發(fā)風(fēng)險，降低開發(fā)費用，從而提高電池包的設(shè)計質(zhì)量和效率。10.琚安建.四輪獨立驅(qū)動電動車平板式電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析[D].東南大學(xué),2017.文章主要針對實驗室目前搭建的純電動汽車進行平板式動力電池包的開發(fā)設(shè)計。選用18650鋰離子動力電池單體，搭建從電池單體、電池模塊到整體電池包的系統(tǒng)架構(gòu)，并基于此架構(gòu)結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗進行電池包的安全分析設(shè)計、平板式電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及電池包散熱特性方面的研究。建立電池包系統(tǒng)概念，分析電池包組成部件以及關(guān)鍵技術(shù)運用，并著重分析電池包的電氣安全設(shè)計和機械安全設(shè)計。根據(jù)四輪獨立驅(qū)動電動汽車整體車架結(jié)構(gòu)以及整車動力性要求，設(shè)計平板式電池包先32并聯(lián)后34串聯(lián)的基本參數(shù)。對電池包進行串并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及電池模塊成組設(shè)計，從安全設(shè)計角度出發(fā)考慮成組過程中各元件的固定連接以及絕緣。此外，對特有的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)各組件進行設(shè)計，使電池包內(nèi)各電池單體控制在合理工作溫度范圍之內(nèi)，并且達到溫度場均衡分布。最終進行電池總裝設(shè)計，使電池包整體比能量達到100.33W·h/kg。11.AroraS,ShenW,KapoorA.Reviewofmechanicaldesignandstrategicplacementtechniqueofarobustbatterypackforelectricvehicles[J].RenewableandSustainableEnergyReviews.2016.Inanelectricvehicle(EV),thermalrunaway,vibrationorvehicleimpactcanleadtoapotentialfailureoflithium-ion(Li-ion)batterypacksduetotheirhighsensitivitytoambienttemperature,pressureanddynamicmechanicalloads.Amongstseveralfactors,safetyandreliabilityofbatterypackspresentthehighestchallengestolargescaleelectrificationofpublicandprivatetransportationsectors.Thispaperreviewsmechanicaldesignfeaturesthatcanaddresstheseissues.Morethan75sourcesincludingscientificandtechnicalliteratureandparticularly43USPatentsarestudied.Thestudyillustratesthroughexamplesthatsimplemechanicalfeaturescanbeintegratedintobatterypackagingdesigntominimisetheprobabilityoffailureandmitigatetheaforementionedsafetyrisks.Furthermore,thekeycomponentsofarobustbatterypackhavebeencloselystudiedandthematerialshavebeenidentifiedtodesignthesecomponentsandtomeettheirfunctionalrequirements.StrategicbatterypackplacementtechniqueisalsodiscussedusinganexampleofNissanLEAFbatterypackagingdesign.Finally,thediscloseddesignsolutionsdescribedinthispaperarecomparedwiththeChevroletVoltbatterypackdesigntorevealthebasicmechanicaldesignrequirementsforarobustandreliablebatterypackagingsystem.在電動汽車（EV）中，由于鋰離子電池組對環(huán)境溫度、壓力和動態(tài)機械負荷的高度敏感，熱失控、振動以及車輛碰撞可能會導(dǎo)致鋰離子電池組的潛在故障。在眾多因素中，電池組的安全性和可靠性是公共交通部門大規(guī)模電氣化面臨的最高挑戰(zhàn)。本文回顧了能解決這些問題的機械設(shè)計特點。超過75個來源，包括科學(xué)和技術(shù)文獻，特別對43個美國專利的研究。該研究通過實例說明，簡單的機械特性可以集成到電池包裝設(shè)計中，以最大限度地降低故障概率并降低上述安全風(fēng)險。此外，對堅固電池組的關(guān)鍵部件進行了深入研究，并確定了設(shè)計這些部件和滿足其功能要求的材料。并以日產(chǎn)聆風(fēng)電池包裝設(shè)計為例，探討了電池組策略性放置技術(shù)。最后，將本文所述的設(shè)計方案與雪佛蘭Volt電池組設(shè)計進行比較，以揭示穩(wěn)健可靠電池封裝系統(tǒng)的基本機械設(shè)計要求。12.ShuiL,ChenF,GargA,PengX,BaoN,ZhangJ.Designoptimizationofbatterypackenclosureforelectricvehicle.StructuralandMultidisciplinaryOptimization[J].2018;58(1):331-47.Lithium-ionBatterypackwhichiscomprisedofassemblyofbatterymodulesisthemainsourceofpowertransmissionforelectricvehicles.Duringtheactualoperationofelectricvehicle,thebatterypacksanditsenclosureissubjectedtoharshenvironmentalconditionssuchastheexternalvibrationsandshocksduetovaryingroadslopes.Thiswillresultinstressesanddeformationsofdifferentdegrees.Thevehiclesafetyheavilydependsononthesafetyofbatterypackwhichinturnisdependentonitsmechanicalfeatures,suchastheabilitytoresistdeformationandvibrationshocks.Inaddition,lighterweightvehicleispreferredbecauseitcanincreasetherangeofvehicleandthelifecycleofabatterypack.Inthisstudy,adesignoptimizationmethodologyisproposedtooptimizethefeaturesofmechanicaldesign(e.g.minimizationofmass,maximizationofminimumnaturalfrequencyandminimizationofmaximumdeformation)ofthebatterypackenclosure.由電池模塊組成的鋰離子電池組是電動汽車動力傳遞的主要來源。在電動汽車的實際運行過程中，蓄電池組及其外殼會受到惡劣的環(huán)境條件的影響，如由于不同的道路坡度而產(chǎn)生的外部振動和沖擊。這將導(dǎo)致不同程度的應(yīng)力和變形。車輛的安全性很大程度上取決于電池組的安全性，而電池組又取決于其機械特性，如抗變形和振動沖擊的能力。此外，更輕的車輛是首選，因為它可以增加車輛的范圍和電池組的生命周期。在本研究中，提出了一種優(yōu)化設(shè)計方法，以優(yōu)化電池組外殼的機械設(shè)計特性（例如，質(zhì)量最小化、最小固有頻率最大化和最大變形最小化）。13.XueN,DuW,GreszlerTA,ShyyW,MartinsJRRA.Designofalithium-ionbatterypackforPHEVusingahybridoptimizationmethod[J].AppliedEnergy.2014;115:591-602.Thispaperoutlinesamethodforoptimizingthedesignofalithium-ionbatterypackforhybridvehicleapplicationsusingahybridnumericaloptimizationmethodthatcombinesmultipleindividualoptimizers.Agradient-freeoptimizer(ALPSO)iscoupledwithagradient-basedoptimizer(SNOPT)tosolveamixed-integernonlinearbatterypackdesignproblem.Thismethodenablesmaximizingthepropertiesofabatterypacksubjectedtomultiplesafetyandperformanceconstraints.Theoptimizationframeworkisappliedtominimizethemass,volumeandmaterialcosts.Theoptimizedpackdesignsatisfiestheenergyandpowerconstraintsexactlyandshows13.9–18%improvementinbatterypackpropertiesoverinitialdesigns.Theoptimalpackdesignsalsoperformedbetterindrivingcycletests,resultingin23.1–32.8%increaseindistancecoveredperunitofbatteryperformancemetric,wherethemetriciseithermass,volumeormaterialcost.本文概述了一種混合動力汽車用鋰離子電池組的優(yōu)化設(shè)計方法，該方法采用了混合數(shù)值優(yōu)化方法，該方法結(jié)合了多個單獨的優(yōu)化程序。為了解決混合整數(shù)非線性電池組的設(shè)計問題，將無梯度優(yōu)化器與基于梯度的優(yōu)化器相結(jié)合。這種方法能夠最大限度地提高電池組在多重安全和性能約束下的性能。優(yōu)化框架的應(yīng)用，最大限度地減少了質(zhì)量、體積和材料成本。優(yōu)化的電池組設(shè)計完全滿足能量和功率限制，與初始設(shè)計相比，電池組性能提高了13.9-18%。最佳電池組設(shè)計在駕駛循環(huán)試驗中也表現(xiàn)得更好，從而使每單位電池性能指標(biāo)覆蓋的距離增加了23.1–32.8%，其中該指標(biāo)為質(zhì)量、體積或材料成本。14.PilleyS,MorkosB,Alfalahi,M.IntegrationandModularityAnalysisforImprovingHybridVehiclesBatteryPackAssembly(2018)SAETechnicalPapers,2018-AprilThelithiumionbatteryisoneofthekeytechnologiesofelectricandhybridvehicles.Thoughtheelectricvehiclesposeapromisingsolutiontoconventionalvehicles,thehighcostandweightofthebatterypackagemakestheelectricvehiclelesscompetitiveinthemarket.Asthecurrentresearchersfocusonmakingthebatterypackmoreaffordable,anapproachcanalsobemadeinmodularizingandspeedinguptheassemblyprocessofthesebatterypacks.Therefore,thispaperfocusesonachievingasmaller,lighterandlessexpensivebatterypacksuitableforglobalproductionusingDesignforAssembly(DFA)principle.TheapproachincludesconsideringabatterypackofAudiQ5asacasestudyandstudyingitsassemblysequences.DFAprincipleswouldbeappliedtotheassemblydesign,tosimplify/reduceitscomponentsthroughpartintegration,andmakingrecommendationstomodularizethedesignsothatsimilarassemblyprocessescanbeusedforvarietyofbatteryrequirements.鋰離子電池是電動汽車和混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然電動汽車是傳統(tǒng)汽車的一個有前途的解決方案，但電池組的高成本和重量使電動汽車在市場上的競爭力降低。隨著目前研究人員的重點放在使電池組更便宜，也可以在模塊化和加快這些電池組的組裝過程中采取一種方法。因此，本文的重點是實現(xiàn)一個更小，更輕，更便宜的電池組適合全球生產(chǎn)使用的設(shè)計為裝配（DFA）的原則。該方法包括以奧迪Q5電池組為例，研究其裝配順序。將DFA原則應(yīng)用于裝配設(shè)計，通過零件集成簡化/減少其組件，并提出模塊化設(shè)計建議，以便類似的裝配過程可用于各種電池要求。15.LiuZ,TanC,LengF.Areliability-baseddesignconceptforlithium-ionbatterypackinelectricvehicles[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety.2015;134:169-77.Batterytechnologyisanenablingtechnologyforelectricvehicles(EVs),andimprovingitssafetyandreliabilitywhilereducingitscostwillbenefititsapplicationtoEVs.Inthispaper,amethodonthedesignandanalysisoflithium-ion(Li-ion)batterypackfromthereliabilityperspectiveispresented.Theanalysisisbasedonthedegradationofthebatterypack,whichisrelatedtothecellsconfigurationinthebatterypackandthestateofhealth(SOH)ofalltheLi-ioncellsinthepack.UniversalGeneratingFunction(UGF)techniqueisusedforreliabilityanalysis.Asaddingnewbatterycellstothebatterypackintheproductionprocesscanimproveitsreliabilitybutitalsoincreasescost,tradeoffbetweenthenumberoftheredundantbatterycells,theconfigurationoftheredundantcellsandtheirreliabilityisinvestigatedinthiswork.電池技術(shù)是電動汽車的一種使能技術(shù)，在降低成本的同時提高其安全性和可靠性，將有利于電動汽車的應(yīng)用。本文提出了一種從可靠性角度對鋰離子電池組進行設(shè)計和分析的方法。分析基于電池組的退化，這與電池組中的電池配置和電池組中所有鋰離子電池的健康狀態(tài)（SOH）有關(guān)。可靠性分析采用了通用生成函數(shù)（UGF）技術(shù)。由于在電池組的生產(chǎn)過程中加入新的電池組可以提高電池組的可靠性，但同時也增加了成本，因此本文研究了冗余電池組的數(shù)量、冗余電池組的配置及其可靠性之間的權(quán)衡。

電動汽車動力電池組的機械設(shè)計與布置策略技術(shù)綜述ShashankAroran,WeixiangShen,AjayKapoorFacultyofScience,EngineeringandTechnology,SwinburneUniversityofTechnology,Hawthorn,Victoria3122,Australia摘要在電動汽車（EV）中，由于鋰離子電池組對環(huán)境溫度、壓力和動態(tài)機械負荷的高度敏感，熱失控、振動或車輛碰撞可能會導(dǎo)致鋰離子電池組出現(xiàn)潛在故障。在眾多因素中，電池組的安全性和可靠性對公共和私人交通部門的大規(guī)模電氣化提出了最高的挑戰(zhàn)。本文回顧了能夠解決這些問題的機械設(shè)計特點，并研究了超過75個資料，包括科學(xué)和技術(shù)文獻，特別是其中43項美國專利。該研究通過實例說明，簡單的機械特性可以集成到電池包裝設(shè)計中，以最大限度地降低故障概率并降低上述安全風(fēng)險。此外，對堅固電池組的關(guān)鍵部件進行了深入研究，并確定了設(shè)計這些部件和滿足其功能要求的材料。并以日產(chǎn)聆風(fēng)Nissanleaf電池包設(shè)計為例，探討了策略性電池組放置技術(shù)。最后，將本文所述的設(shè)計方案與雪佛蘭Volt電池組設(shè)計進行比較，以揭示穩(wěn)健可靠電池封裝系統(tǒng)的基本機械設(shè)計要求。引言鋰離子電池以其高功率、高能量密度和長循環(huán)壽命成為純電動汽車的首選車載電源[1]。然而，它們同樣也對環(huán)境溫度、振動和壓力等因素的變化十分敏感。需要控制電池溫度和電池組工作環(huán)境，以最大限度地提高其能量容量。建議電池溫度必須保持在50°C以下才能安全運行[2,3]。還應(yīng)抑制蓄電池組的振動頻率，以避免在車輛懸架系統(tǒng)和彈簧質(zhì)量的典型固有頻率（0至7Hz）、車輛動力總成（即傳動系和變速箱）的振動頻率（7Hz至20Hz）和車輛底盤系統(tǒng)的振動頻率（20Hz至40Hz）下發(fā)生共振[4–6]。與設(shè)計邊界的邊際偏差會影響電池組的循環(huán)壽命。它還可以啟動一系列不受控制的放熱反應(yīng)，導(dǎo)致冒煙或有毒氣體的釋放，以及導(dǎo)致過早失效、火災(zāi)和爆炸的高壓事件的發(fā)展。這些邊緣偏差可能是由于電池組過熱或物理濫用造成的，包括刺穿或擠壓電池組[2,7–9]。這些失效行為是電動汽車發(fā)展初期鋰離子電池組的顯著特征。許多次迫使原始設(shè)備制造商（原始設(shè)備制造商）從市場上撤回他們的產(chǎn)品。2002年，EVGlobalMotorsCompany收到了關(guān)于電動自行車中有五起鋰離子電池過熱的報告。其中三種情況下，電池組會被卡住。隨后，他們通過美國消費品安全委員會宣布召回2000個鋰離子電池組[10]。2011年[11]美國國家公路交通安全管理局（NationalHighwayTrafficSafetyAdministration）進行碰撞安全測試時，通用汽車公司還召回了在美國銷售的約8000輛雪佛蘭Volt。最近，在密歇根州通用汽車測試廠的一輛鋰離子電池組發(fā)生爆炸，五名工人立即尋求醫(yī)療救助[12,13]。特斯拉汽車公司還收到負面宣傳，原因是道路碎片穿透了特斯拉S型電池組并導(dǎo)致了火災(zāi)[14,15]。盡管電動汽車的大型電池組的安全性正在不斷提高，但普通消費者和原始設(shè)備制造商仍然擔(dān)心電動汽車在正常使用和非預(yù)期濫用期間發(fā)生的事故[1,16]。因此，對鋰離子電池的安全性有了嚴(yán)格的規(guī)定。表1列出了與汽車蓄電池組包裝設(shè)計和性能測試相關(guān)的各種SAE標(biāo)準(zhǔn)[17]。然而，在正確理解鋰離子電池組的行為并回答有關(guān)其可靠性的問題之前，私人和公共交通部門的大規(guī)模電氣化似乎是不可能的[18,19]。研究提高鋰離子電池組安全性和可靠性的設(shè)計特點具有十分重要的意義。本研究的重要意義在于，國際標(biāo)準(zhǔn)SAEJ1797《電動汽車電池模塊包裝推薦作法》僅適用于鉛酸、鎳鎘和鎳金屬氫化物電池的包裝設(shè)計，而不適用于鋰離子電池組[20]。表1汽車蓄電池組機械設(shè)計的SAE標(biāo)準(zhǔn)據(jù)報道，在影響鋰離子電池組可靠性的幾個因素中，在制造過程中可能會出現(xiàn)許多這些因素。最重要的是化學(xué)因素，如雜質(zhì)和濃度，以及連接程序，即材料加工和細胞封閉，無論是密封的還是卷曲的[21]。另一份報告認為，在電池組運行的長期環(huán)境條件下，如環(huán)境溫度、壓力、機械和熱沖擊、機械振動，對電池的可靠性有重大影響。本報告還提供了一些通用電池組裝指南[22]。另一項研究指出，電動汽車中鋰離子電池組的性能在很大程度上取決于通常不受控制的環(huán)境操作條件，因此無法根據(jù)實驗室實驗進行評估[23]。另一方面，最近的一項研究表明，電池溫度也會影響鋰離子電池組的可靠性和循環(huán)壽命[24]。盡管不同的小組對導(dǎo)致鋰離子電池組不可預(yù)測行為的因素持有不同的看法，但大多數(shù)發(fā)表的工作都集中在為鋰離子電池開發(fā)穩(wěn)定的電解質(zhì)、新的和安全的電極材料以及熱管理解決方案上。一個經(jīng)常被忽視的領(lǐng)域是電池組外殼堅固的機械設(shè)計對其可靠性的貢獻。一組研究人員對商用鋰離子電池中的傳統(tǒng)安全裝置進行了審查，但他們的工作僅限于單電池[25]。本文綜述了電動汽車大電池組的安全特性。一個強大和可靠的電池包裝設(shè)計需要解決幾個設(shè)計問題有關(guān)熱失控，振動隔離和碰撞安全在電池級和模塊級。在每一個這樣的水平上，都需要限制電池組之間的相對運動，以消除電池組的潛在故障。將電池組戰(zhàn)略性地放置在電動汽車上也可以提高電池包裝設(shè)計的有效性，以解決上述問題。以下部分將提供由不同專利公開的簡單機械特性示例，這些特性可以集成到電池包裝設(shè)計中，以使其可靠并減輕這些嚴(yán)重的安全風(fēng)險。此外，表2中還提供了一份全面的專利清單，重點關(guān)注穩(wěn)健電池組設(shè)計的關(guān)鍵問題。熱失控?zé)崾Э厥欠艧徇B鎖反應(yīng)的開始，其中電池開始以大于0.2°C/min的速率自熱[26]。過多的熱量產(chǎn)生導(dǎo)致自熱率進一步增加，最終形成電池組的化學(xué)成分自燃。經(jīng)歷熱失控的電池通常會釋放大量由碳氫化合物蒸氣形成的氣體、流質(zhì)材料噴射物和足夠的熱量，以破壞其附近的材料[21]。熱失控可由電池內(nèi)部短路、物理濫用、制造缺陷或電池暴露在極端外部溫度下引起[26–28]。值得注意的是，即使加熱電池沒有處于熱失控狀態(tài)，它仍然可以排放易燃氣體[29]。然而，只有當(dāng)熱氣體從電池組的邊界逸出后，任何財產(chǎn)損失和人身傷害的風(fēng)險才變得明顯。這里的控制因素是熱氣體中可燃碳氫化合物的自燃溫度（AIT）。只要將氣體材料配置到電池組中，AIT就保持相對較高的水平。然而，一旦氣體膨脹并與周圍大氣中的氧氣接觸，它會顯著降低，可能導(dǎo)致其自燃。正是在這一時刻，財產(chǎn)和車輛乘客，或試圖控制事件的人的風(fēng)險大大增加。此外，當(dāng)電池組中的電池進入熱失控狀態(tài)時，相關(guān)的壓力升高可能導(dǎo)致電池組外殼的災(zāi)難性故障。因此，必須在電池組中至少包括一個設(shè)計為在預(yù)定壓力下發(fā)生故障的故障點，以避免出現(xiàn)未知故障點的風(fēng)險，該故障點可能對車輛及其乘客造成重大威脅。緩解這些風(fēng)險的一個方面是控制熱失控事件所伴隨的熱煙氣和流質(zhì)物質(zhì)釋放的位置。另一個方面是控制電池組區(qū)域之間的熱相互作用，從而避免單個熱失控事件擴散到整個電池組[30]。表2專利中披露的穩(wěn)健電池包裝設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)計解決方案2.1隔熱與熱失控有關(guān)的溫度升高可能導(dǎo)致安裝支架靠近電池區(qū)域，發(fā)生熱失控，熔化或蒸發(fā)。因此，蓄電池可能不再牢牢地固定在原來的位置。當(dāng)受影響的電池單元/模塊移動時，電池組件之間的間距可能會減小，從而降低對熱失控傳播的阻力。電池單元/模塊的移動也可能危及電池組冷卻系統(tǒng)，從而進一步增加熱失控傳播速率。最后，應(yīng)該注意的是，如果受影響的單元/模塊移動得很順利，它可能會停在相鄰的單元/模塊上。如果是這樣，兩個區(qū)域之間的熱傳遞過程將從輻射和對流轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛?、對流和熱效率更高的傳?dǎo)過程的組合。此外，在使用堆疊式電池配置（即垂直排列在另一層上的電池單元層）的應(yīng)用中，一旦支架開始熔化和/或蒸發(fā)，重力可能會加速頂層的移動。因此，重要的是限制電池單元或模塊在發(fā)生熱失控時的移動，以將熱失控傳播的風(fēng)險降至最低。2.1.1在模塊級美國專利第8663824號公開了一種設(shè)計，其中電池組通過橫梁被劃分為多個電池組隔室。如圖1所示的包裝設(shè)計包括一個中央電池組部件，該部件將左右隔室分開，并為電源和數(shù)據(jù)線的運行提供了方便的手段[31]。按照這種設(shè)計，每個隔間只包含一個電池模塊。圖1電池組及電池模塊在設(shè)計中，下橫梁和上橫梁提供了一種簡單的方法，通過捕獲模塊安裝偏差，將模塊定位并固定在電池組內(nèi)。因此，在模塊和電池組的頂部和底部表面之間形成一個空氣空間。這個空氣空間確保兩個相鄰的電池模塊之間不會發(fā)生傳導(dǎo)熱交換。2.1.2在單體級間隔棒組件包括多個相互獨立和分離的剛性間隔棒。這些可以配置為在電池模塊的相鄰電池之間進行配置，以確保每個電池保持在其預(yù)定位置。剛性墊片可以摩擦或粘合到位。一般來說，為集成在電池安裝支架內(nèi)而選擇的間隔組件取決于電池組內(nèi)使用的電池的類型和形狀。美國專利8481191提供了一種用于電池組中圓柱形電池的間隔組件的設(shè)計，如圖2[33]所示。每個間隔墊圈的高度在整個蓄電池高度的1%到5%之間。由于電池間隔棒的主要功能是在熱失控期間保持電池固定到位，為了節(jié)省質(zhì)量并獲得更高的電池組的特定能量（Wh/kg），圖3所示的帶有上間隔棒和下間隔棒的一對更小的間隔棒比從C的頂部到底部運行的一個長間隔棒更好。埃爾斯[33]。盡管只能使用一個墊片，例如靠近電池頂部或底部或靠近電池中心的墊片，但不建議使用一個墊片，因為它仍然允許一些移動。此外，棱柱形電池應(yīng)保持在一定的結(jié)合壓力下，以防止電池繞組的內(nèi)部彈簧力膨脹和損壞自身，從而降低電池壽命。電池間隔棒在電池側(cè)面形成了有效的結(jié)合，而不會覆蓋電池表面的太多區(qū)域，從而使冷卻變得無效。圖2帶有電池間隔片的圓柱形電池單元組件美國專利第8709644號公開了適用于帶有棱柱形電池組的電池間隔器設(shè)計。這種設(shè)計中的墊片適用于筒狀護圈的幾何結(jié)構(gòu)。間隔棒組件包括肋支撐和連接在它們之間的多個絕緣肋。它們一起形成口袋，用來裝電池。本專利所公開的電池間隔棒還包括頂部和底部，以防止垂直移動。此外，肋骨在Z方向交錯排列，以便于使用簡單的單向工具。它提供了一個自我配合的設(shè)計，并消除了兩個不同的模具的需要，從而降低了制造成本。圖3使用剛性隔套組件的替代策略肋條支撐著一個電池，當(dāng)它放在固定器袋中時，它限制了電池的任何運動。它們還為肋支撐提供了一個分布的承重表面，并為加熱或冷卻氣流提供了一個匯聚入口和分流出口。流體入口和出口呈拋物線形，以盡量減小冷卻流體從電池前后的不同橫截面間隙流出時的壓降。電池隔片還包括在隔片盒袋的頂部內(nèi)側(cè)的成型卡扣功能。例如，當(dāng)電池完全位于墨盒袋底部時，卡扣功能會將電池鎖定到分離器中。因此，卡扣可防止電池在搬運過程中從墊片頂部滑出[34]。2.2出口點熱氣體的出口點由一個或多個排氣噴嘴控制，這些排氣噴嘴設(shè)計為在電池?zé)崾Э厥录陂g打開。噴嘴的位置應(yīng)能將氣流和材料引導(dǎo)至遠離乘客艙的方向，以及任何可能因溢出的熱液而受傷的位置，從而將車輛損壞和相關(guān)安全風(fēng)險降至最低。美國專利第8663824號公開了一種這種排氣噴嘴組件的設(shè)計。為了防止任何污染物（如道路碎片和濕氣）進入蓄電池組，在車輛正常運行期間，噴嘴密封件保持噴嘴關(guān)閉。將破裂壓力在0.5–1.0psi范圍內(nèi)的壓力平衡閥（即遠小于熱失控事件期間遇到的壓力）集成到排氣噴嘴中，以提供處理非熱事件（例如，由于車輛高度變化）引起的壓差的方法。電池組配置中包含中空結(jié)構(gòu)元件，用于引導(dǎo)熱氣體和材料從經(jīng)歷熱事件的電池流向排氣噴嘴。在正常操作期間保持排氣噴嘴關(guān)閉的噴嘴密封由螺母固定在其位置。在熱失控期間，電池組外殼內(nèi)的壓力和溫度都會升高。最終，螺母會熔化和/或發(fā)生類似變形，從而使包裝外殼內(nèi)的壓力迫使噴嘴密封件脫離噴嘴。然而，由于噴嘴及其安裝組件由高溫材料（如鋼或陶瓷）制成，因此它們不會受到溫度升高的影響，并繼續(xù)引導(dǎo)熱氣朝著盡量減少任何人身損失或財產(chǎn)損失的方向流動[31]。在專利和圖4所示的配置中，電池室是穿孔的。在熱失控事件中，電池單元內(nèi)產(chǎn)生的氣體物質(zhì)通過這些孔進入電池組中空導(dǎo)軌內(nèi)形成的空腔。然后，氣體通過導(dǎo)軌流向排氣噴嘴，從那里將氣體從電池組中釋放出來。圖4電池組系統(tǒng)排氣盡管美國專利8663824中提出的設(shè)計在最大限度地降低熱失控風(fēng)險方面非常有效，但通過其公開的排氣噴嘴設(shè)計排出的熱氣體僅取決于從電池釋放的熱氣體產(chǎn)生的壓力。因此，當(dāng)只有有限數(shù)量的電池處于熱失控狀態(tài)時，熱回流產(chǎn)生的壓力可能不足以破壞噴嘴密封。在這種情況下，熱氣體不會從電池組中排出。不知何故，積聚的熱量可能流入其他電池室，增加了熱失控事件在整個電池組中傳播的可能性。美國專利8642204提供了一種高可靠性電池組，即使電池釋放的氣體量很小，也能排出高溫氣體。在這種設(shè)計中，電池組由裝有減壓閥的電池單元組成，減壓閥在一定壓力下打開，釋放電池產(chǎn)生的氣體。泄壓閥大致位于縱向外周部分的中點，在這里形成電池的一對層壓薄膜被熱密封。它們通過在預(yù)先確定的壓力下打開層壓薄膜的熱密封部分來釋放氣體。然后，從電池釋放出來的熱氣體通過氣體排放孔排放到排氣管，排氣管將其輸送到外部環(huán)境。在這種布置下，排氣管具有多個氣體入口和至少一個空氣入口。進氣與冷卻氣流通道相連，并吸入一小部分冷卻氣流。排氣管引導(dǎo)冷卻空氣流過內(nèi)部通道，并將其排放到外部環(huán)境中。通過空氣入口吸入的冷卻空氣在排氣管中產(chǎn)生正壓力，并在排氣管中開始空氣循環(huán)。因此，當(dāng)電池釋放出的熱氣到達排氣管時，它會隨冷卻氣流立即排放到外部環(huán)境中。這種正壓確保高溫氣體不會長期留在電池組中，從而提供高度可靠的電池組[35]。然而，在電池組已經(jīng)安裝到車輛上之后，將氣體放電裝置安裝到電池組上可能是增加成本的原因。關(guān)于這一點，美國專利8679662公開了一種電池組件設(shè)計，該電池組件具有集成氣體放電機制，包括排氣管和排氣口，用于確定從電池到車輛外部的氣體排放通道。所述通氣管包括具有近端和遠端的柔性軟管。近端與外殼相連，接收可能從電池中排出的任何排放物。通風(fēng)孔通過形成在地板中的通風(fēng)孔將管的遠端連接到車身外部。密封墊用于將通風(fēng)孔密封到地板上。雖然電池組件的質(zhì)量提供了足夠的夾緊載荷，但建議使用緊固件壓縮墊圈并保持密封。集成設(shè)計消除了裝配過程和質(zhì)量檢驗（如目視、扭矩或壓力測量）的多余勞動力成本，從而降低了總系統(tǒng)成本[36]。隔振傳統(tǒng)的電池組結(jié)構(gòu)不能隔離不良振動傳遞到組裝好的電池單元[37]。因此，從車輛頂部傳輸?shù)桨惭b在車輛上的蓄電池組結(jié)構(gòu)的振動頻率可以大約等于或小于100Hz[38]。因此，電池組中的終端連接器和母線等電氣子系統(tǒng)上會產(chǎn)生動態(tài)機械負載，這會影響外殼的電氣連續(xù)性損失和疲勞故障。事實上，電氣和電子子系統(tǒng)缺乏適當(dāng)?shù)母粽癖徽J為是電池組在市場上出現(xiàn)耐久性故障的主要原因[4]。然而，當(dāng)電池結(jié)構(gòu)的固有頻率在100Hz的頻率范圍內(nèi)時，會出現(xiàn)比失去電連續(xù)性更嚴(yán)重的問題。共振導(dǎo)致電池單元元件之間發(fā)生層間分層，形成電池單元的各層彼此分離，這是電池循環(huán)壽命縮短的主要原因之一[39]。3.1電池組結(jié)構(gòu)/安裝架當(dāng)車輛與路面接觸時，低頻的連續(xù)垂直振動輸入就被傳送到車輛上。此外，在凹凸不平的表面上行駛，如孔、平交道口或橋梁橋臺，會產(chǎn)生引起垂直振動的沖擊。此外，橫穿不平的路面會產(chǎn)生橫向力，同時在車輛啟動和停止或倒車時會遇到縱向沖擊。盡管沿Z軸（即垂直方向）的振動被認為是最嚴(yán)重的，但必須提供垂直和橫向支撐，以實現(xiàn)電池組外殼內(nèi)電池的穩(wěn)定。為此，通常在電池組的頂面施加壓縮力。美國專利7507499闡述了一種通過使用蓋墊托盤固定裝置來穩(wěn)定電動汽車電池組的設(shè)計。該設(shè)計包括四根梁，通過四個連接件以直角相互連接，形成矩形框架結(jié)構(gòu)。每個橫梁與蓄電池組的四個側(cè)面之一接合。車架和蓄電池組之間的正極連接通過張緊螺栓保持。該裝置使用兩種類型的緩沖墊：flat和L形，以吸收振動并防止模塊沿Z軸相互移動。L形減震墊放置在每個角接頭附近。它們靠在框架結(jié)構(gòu)上，在拐角處提供相對較小的壓力區(qū)域，并將電池組的單獨電池模塊橫向推向另一個；而緩沖墊位于相鄰電池模塊正面?zhèn)让娴纳舷陆??？梢杂寐菟ü潭ㄔ谲囕v結(jié)構(gòu)的一部分上的托盤為蓄電池組提供支撐。裝配框架后緊固張緊螺栓，使梁在縱向和橫向（即沿X軸和Y軸）上緊靠角墊，以向彼此擠壓電池組的電池模塊。緊固螺栓也會壓縮各個蓄電池模塊之間放置的減震墊，使它們彼此相對靜止。圖5展示了專利中定義的設(shè)計的透視圖[40]。圖5緊湊型電池組設(shè)計采用的框架布置透視圖在設(shè)計中，小電池組被打包在一起形成一個較大的電池組。固定中央電池組的框架位于外部框架的頂部表面，因此中間的電池組不會與托盤表面直接接觸。中央框架的梁用螺栓固定在外部框架上，使其成為單一結(jié)構(gòu)，而外部框架的梁可以夾緊或用螺栓固定在托盤上。淺U形支架從每個外框架的梁伸出，外框架與蓋子相連。美國專利8642204還提供了電池組設(shè)計，其中空心結(jié)構(gòu)構(gòu)件與電池組的表面相鄰。它通過密封部分接觸電池模塊單元，并作為對電池模塊的支撐。中空結(jié)構(gòu)件吸收或減弱傳播到電池單元的任何振動，并保護電池模塊免受不良振動的不良影響。此外，當(dāng)車輛以最大抓地力運行時，在幾乎沒有或幾乎沒有振動傳遞的情況下獲得最佳的行駛質(zhì)量，當(dāng)所有輪胎均加載時，獲得最大抓地力。美國專利8561743公開了電池安裝結(jié)構(gòu)的細節(jié)，該結(jié)構(gòu)有助于在保持低重心的同時實現(xiàn)車輛的均勻重量分布。在本設(shè)計中，電池組件包括電池安裝架、外殼、電池模塊、線束、開關(guān)盒、接線盒和控制單元。如圖6所示的設(shè)計使用矩形安裝框架。它被焊接到車架上的梁分為前后兩部分[41]。此外，梁構(gòu)件將前部分成兩個相等的矩形區(qū)域。在兩個前矩形區(qū)域中，電池以垂直方向布置，使長邊朝向橫向，短邊朝向車輛縱向，而后矩形區(qū)域中的電池以使最短邊朝向車輛運輸車。SE方向。因此，安裝在后部的電池組的重量基本上等于安裝在兩個前柱中的電池組的總重量。隨后，蓄電池總成的重心位于車輛橫向和縱向上同一組蓄電池中心的交叉點周圍。該點位于車輛圖形中心的后部，考慮到電動機、蓄電池充電器和逆變器安裝在前艙內(nèi)，因此最好在前后方向上保持車輛的重量平衡。這種配置的一個明顯優(yōu)點是安裝架可用于各種類型的車輛。這意味著，即使車輛座椅的布局發(fā)生了變化，也可以通過簡單地修改組中電池組的數(shù)量來實現(xiàn)最佳的重量分布，從而實現(xiàn)振動隔離，而不必對電池安裝架的尺寸進行重大更改。這種配置的另一個好處是，制造商越來越可能從這種設(shè)計的規(guī)模經(jīng)濟中獲益，并保持系統(tǒng)的總體成本相對較低。圖6電池安裝架透視圖3.2電極端子在電池組中，連接件（如母線）要么用螺栓固定，要么焊接到電池的電極端子上。但是，在一段時間內(nèi)，螺栓通常會松動，焊接結(jié)構(gòu)可能會由于傳遞的振動而產(chǎn)生裂紋。因此，電池組中的電氣連接在其循環(huán)壽命內(nèi)無法可靠地保持。美國專利8580427公開了一種電池組的設(shè)計，該電池組能夠長期保持其電氣連接。在本設(shè)計中，電極端子由彈性變形導(dǎo)電材料制成，呈錐形柱狀，寬度從前端逐漸減小至電池容器。此外，通過沿圓周方向切割凹槽，將前端的一部分分割為多個部分。這使得電極端子很容易插入連接件的通孔中。由于每個電極端子和通孔形成錐形柱狀，可以防止電極端子與連接件分離。此外，電極端子設(shè)計成包括一個從設(shè)置在電極端子前端的底座突出的固定構(gòu)件。突出部分插入槽中并鎖定在連接件上。由于突出部分加寬了槽的寬度，電極端子壓在連接件通孔的內(nèi)周面上，電極端子和連接件可以更可靠地保持連接。鈹銅和6000系列鋁合金是可彈性變形的導(dǎo)電材料的一些例子，可用于制造電極端子，而母線是可使用導(dǎo)電材料（如銅）制造的板形構(gòu)件。耐碰撞性車輛總重量比小于等于4536kg的電動車輛必須符合聯(lián)邦機動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）305中關(guān)于前、后和側(cè)面碰撞時電解液溢出和蓄電池模塊保留的指示。SAEJ1766中規(guī)定的電解液溢出規(guī)定也已更新，以符合FMVSS305和國際法規(guī)要求[42]。為符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，安裝在電動汽車座位區(qū)附近的電池組必須保持完整性，以防碰撞時產(chǎn)生足夠的動能，從而至少壓碎安裝電池托盤的一部分地板。4.1尾部撞擊美國專利7070015公開了一種電池安裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在后碰撞期間將電池動態(tài)移出破碎區(qū)，以有效的方式保持電池組的完整性。系統(tǒng)使用運動轉(zhuǎn)換器將電池組旋轉(zhuǎn)至與地板不平行的不同位置，如圖7所示，其中電池極不可能因隨后擠壓車輛地板而受損[43]。圖7電池托盤重新定位運動轉(zhuǎn)換器包括一個固定在電池室地板上的第一個斜面和一個包含一部分電池托盤的第二個斜面。在撞擊過程中，地板的軸向變形導(dǎo)致第一個斜面滑動并與第二個斜面接合，從而提升并啟動電池托盤沿遠離地板的方向旋轉(zhuǎn)。此外，斜坡的設(shè)計應(yīng)確保第一個平面與第二個平面接合時，地板的最小預(yù)定變形是必要的。安裝系統(tǒng)還包括一個約束構(gòu)件，該約束構(gòu)件包括一個柔性構(gòu)件或從隔間地板延伸至電池托盤的隔板。約束構(gòu)件阻止蓄電池托盤旋轉(zhuǎn)超過預(yù)定位置，從而防止其撞擊客艙。此外，電池通過導(dǎo)線進行電氣連接，導(dǎo)線的長度使電池彎曲，以適應(yīng)電池動態(tài)移動至隔間內(nèi)的不同平面[43]。4.2側(cè)面碰撞側(cè)面碰撞對車輛安全工程師來說是一個特別具有挑戰(zhàn)性的問題，原因有兩個：許多小型車輛上的踏腳板位置相對較低，并且在考慮車門和門口的情況下，難以實現(xiàn)抗沖擊側(cè)結(jié)構(gòu)。美國專利8702161提供了一種用于車輛的能量吸收和分配側(cè)面碰撞系統(tǒng)。如圖8所示，該系統(tǒng)包括一對可折疊側(cè)梁總成和多個蓄電池組橫梁，以達到所需的車輛側(cè)面碰撞阻力[44]。根據(jù)設(shè)計，蓄電池組外殼從前到后懸架的尺寸和從車門檻板到車門檻板的整個車輛寬度通過機械方式連接到左側(cè)和右側(cè)門檻。電池組橫梁的數(shù)量隨電池組中要封裝的電池模塊的數(shù)量以及電池組的結(jié)構(gòu)特性要求而變化。圖8吸能門檻嵌件的詳細橫截面圖一般來說，空心橫梁是利用空心結(jié)構(gòu)的高強度重量比。但是，應(yīng)注意的是，配置和用于橫梁的材料都取決于放置位置，并可能隨其變化。例如，位于電池組中心的橫梁比其他橫梁厚，以在用于座椅安裝總成的區(qū)域提供額外的強度[44]。此外，在配備風(fēng)冷電池的電動汽車中，由于風(fēng)道的橫截面積較大，因此，為電池組件提供橫撐所需的最小包裝空間。美國專利8276696展示了一種包裝設(shè)計，其中對空冷電池的入口/出口管道進行了改裝，并將其作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行了uti認證，以提高電池組的抗沖擊性。根據(jù)設(shè)計，強制通風(fēng)系統(tǒng)包括一個向蓄電池提供空氣的進氣管和一個用于引導(dǎo)蓄電池和風(fēng)扇排出空氣的排氣管。其中至少一個管道被配置為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以提供結(jié)構(gòu)支撐并保護電池組件。延伸在車輛兩側(cè)之間的管道裝置連接到每側(cè)的減震塔上，為蓄電池總成提供支撐和保護。傳統(tǒng)上由塑料制成的導(dǎo)管，可以由鋼、鋁、碳纖維或任何其他適用于電動汽車的材料制成。由于使用的零件較少，它還提供了更有效和緊湊的包裝解決方案[45]。換言之，能量密度（wh/l）方面的效益可以通過這種設(shè)計實現(xiàn)，但需要在特定功率（w/kg）和系統(tǒng)成本方面做出折衷。4.3正面碰撞在發(fā)生正面碰撞的情況下，電動汽車的正面構(gòu)件吸收了很大一部分的沖擊能量。它們通過控制沖擊能量傳輸?shù)狡渌囕v結(jié)構(gòu)，將車輛損壞或任何乘客傷害降至最低。然而，電動汽車比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機車有更高的車身重量。因此，需要增加前縱梁的強度，以吸收額外的動能，從而進一步增加電動汽車的車身重量。附加重量會影響車輛的穩(wěn)定性、機動性和電池性能（以英里/加侖或等效物計）。USPATENT8424960披露了一種電動汽車前軌配置結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中大型電池組集成在車架中。圖9提供了根據(jù)專利[46]與前沖擊載荷路徑相關(guān)的關(guān)鍵部件的透視圖。本發(fā)明公開了一種軌道結(jié)構(gòu)，包括一對多邊形多壁通道軌道，所述多壁通道軌道縱向延伸并沿寬度方向間隔開。多壁通道在相對較輕的結(jié)構(gòu)中提供強度和剛度，從而將其對電池特定功率的影響降至最低。每根導(dǎo)軌的前端通過機械方式連接到保險杠上，另一端通過安裝螺栓、螺母和螺母護圈通過車門檻板連接到扭矩箱上。為了簡化裝配并隨后降低制造成本，使用內(nèi)部特征將護圈定位在車門檻板內(nèi)。在設(shè)計中，每個軌道的端部和車輛的保險杠之間插入一個擠壓罐。然后將其與軌道的上部通道對齊，從而直接將前沖擊載荷從保險杠傳遞到頂部軌道通道。另一方面，當(dāng)降低軌道段的中性軸時，較低的軌道通道增加了每個前軌道的承載能力。因此，在前碰撞過程中，車輛的前軌將沖擊能量傳遞給擠壓罐，擠壓罐通過吸收部分或全部能量（取決于沖擊力）響應(yīng)倒塌[46]。圖9主要和次要正面沖擊載荷路徑相關(guān)的主要部件透視圖電池組的材料選擇電池組的材料在減輕行駛條件下的熱沖擊、機械振動和其他外部負載方面起著重要作用。因此，選擇合適的材料以滿足堅固可靠的電池包裝設(shè)計的功能要求至關(guān)重要。電池組外殼（即電池組側(cè)梁和底部構(gòu)件）最好由輕質(zhì)金屬（如鋁或鋁合金）制成。金屬外殼確保了支撐電池組件重量所需的剛性或堅固性。此外，金屬外殼可以充分承受電池組暴露在高溫和高壓條件下。此外，由于金屬具有較高的熱導(dǎo)率，電池的熱管理將更容易。表3給出了各種電動汽車電池組外殼所用材料的一些示例。表3各種商用車電池組外殼材料電池組蓋或頂部構(gòu)件應(yīng)由具有電絕緣和高散熱性能的材料制成。電池組外殼和蓋子所用的材料也應(yīng)化學(xué)穩(wěn)定，不應(yīng)與任何電池組件發(fā)生反應(yīng)。電池組中的下一個關(guān)鍵部件是用于限制電池在熱失控過程中移動的剛性間隔棒組件。間隔棒所用材料的質(zhì)量相對較低，這一點至關(guān)重要，從而將其對整個電池質(zhì)量的貢獻降至最低。所選材料還應(yīng)具有電絕緣性，且導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，從而確保其不允許受影響的電池和相鄰電池之間發(fā)生任何熱能交換。高溫墊片最好由可壓縮材料制成。使用可壓縮材料可確保受影響電池附近安裝支架的熔化或蒸發(fā)不會影響電池的位置。所需的壓縮性程度將取決于電池安裝支架的剛度，因為電池移動的靈活性越高，使用可壓縮墊片就越重要，以便能夠在電池之間正確定位?？梢詽M足這些要求的材料包括氧化鋁基布和氈、芳綸紙和玻璃纖維布，這些布最好涂有硅樹脂、丙烯酸、蛭石、石墨或聚四氟乙烯（PTFE）。冷卻液或散熱部件也是電池組不可分割的一部分，選擇合適的材料至關(guān)重要，因為有效的散熱對電池壽命至關(guān)重要?？勺鳛樯針?gòu)件考慮的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性和吸振性能。導(dǎo)熱系數(shù)在0.1–450w/mk范圍內(nèi)的材料通常被認為是設(shè)計散熱部件的材料。因此，可以通過將吸振材料分散到具有散熱性能的基材中來形成散熱部件。由于碳因其高阻尼特性而被公認，任何將碳過濾器分散到樹脂中的材料都具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和高吸振性能。減震墊需要提供足夠的摩擦力，以消除Z軸上的任何移動，即垂直方向；因此，減震墊應(yīng)由防滑材料制成。它們還應(yīng)該具有足夠的彈性來吸收振動沖擊和尖峰沖擊。適用于減震墊的材料是塑料，如尼龍、RTM、聚苯砜或聚二環(huán)戊二烯。任何化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并能抵抗高溫氣體的材料都可以用于排氣管道。例如，排氣可以由樹脂材料、彈性材料（如橡膠基材料）或這些材料的組合形成。這些材料使排氣管的結(jié)構(gòu)更輕。同樣，排氣噴嘴和用于將噴嘴連接到電池組外殼的裝置由耐高溫材料（例如鋼或陶瓷，例如氧化鋁、氧化鋁、二氧化硅、氧化鋁、碳化硅等）制成。對于密封部分或墊圈，密封部分最好由彈性構(gòu)件或具有高變形性和防潮性的材料形成。另一側(cè)的O型環(huán)應(yīng)采用耐高溫材料制成，如氟橡膠、硅酮或氟硅酮材料、氟橡膠或特氟隆。電池安裝支架選