项目描述: 设计一款具有防热失控扩展性能的动力电池,并且尽量提升其温度场的一致性。
项目职责及成果:
1、Fail-safe模组设计:热失控是锂电池的主要问题之一,Fail-Safe模组以此为出发点,考虑即使单电芯发生热失控也不会扩展到整个电池包。
(1)铝丝短路熔断机制;
(2)内部压强削弱机制:依据受力分析,优化结构来减小爆炸时的内部压力;
(3)导流结构设置:在CFD分析基础上,设计特殊的导流结构来引导热气流的流动,确保热气流不会影响周边电芯。
2、热管理系统开发:
(1)结合测试,建立了电芯的热物性模型。
(2)利用Fluent软件分析了翅片式水冷板热管理方案中水冷板流道以及翅片设计,从流量均匀性和温度均匀性考察了不同流道设计方案;从成本和散/加热效果等方面考察了翅片不同的几何尺寸及材料选择。
(3)结合模组的不同成组方式,设计了不同的加热片加热。
(4)利用理论分析和测试手段,成功开发了蛇形管水冷散热方案和翅片式水冷板热管理方案。
3、 温升失效分析:某款电池在充放电测试过程中,电池包的电性能略低于设计需求,且温升偏大,采用有限元分析做失效分析查找原因。
(1)分析模型:结合电芯、铜排和接触电阻的实测结果建立有限元分析模型,并可得到各部件及接触电阻对系统总电阻的影响,为减小系统电阻提出优化方案;
(2)充放电模拟:仅考虑热的传导,忽略对流和辐射,以企业标准模拟充放电过程,提取电池包的温度分布。
(3) 查找原因:根据温度分布图找到了温升原因,并且,通过增大线路截面积等方式解决了问题。
4、电池包结构仿真及轻量化:
(1)指标识别:GB/T31467.3-2015对电池包机械性能要求大致归纳为无泄漏、不爆炸、不起火、结构牢靠和无外壳破裂等现象。通过分析讨论,确定了针对上述现象的指标类型,从而为仿真分析打好基础。
(2)仿真模型:模态分析识别电池包的固有频率和振型,通过与试验对标,验证模型的正确性;并为避振提供理论依据。
(3) 疲劳问题:采用随机振动,并结合Steinberg的三区间法对疲劳问题进行预测;
(4)冲击、碰撞问题:冲击及模拟碰撞问题对电池包在水平和垂直方向的强度提出要求。分析过程中,为节省时间,采用模态叠加法做线性分析,有需要的情况下,进一步做非线性瞬态计算。
(5)跌落、挤压问题:跌落、挤压问题要求电池包在特殊工况下的安全性。直接采用显式计算来分析这类非线性问题。
(6)轻量化问题:采用大模组、短支架等方式对模组减重;根据应力分布,对箱体结构进行了优化。