battery pack
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
battery pack的實例教程
拓撲優化動力電池輕量化箱體設計
Topology Optimization Designof Light Weight Power Battery Pack
摘 要：動力電池是電動汽車關鍵重要部件，是電動汽車能量儲藏的載體；其振動性能關系到整車安全，其重量及能量密度關系到整車動力性經濟性等指標。拓撲優化作為有效的CAE優化方法使用，對結構設計指導意義明顯。在某動力電池箱體結構設計中，采用Altair拓撲優化方法OptiStruct對箱體進行優化。模態最大化分析一階模態頻率可提高至原結果2.03倍，重量最小化設計空間材料剔除率83.8%；對單根梁截面的拓撲優化也具有較大參考價值。根據箱體拓撲優化分析結果重新設計后，整包模態由44.60Hz提高為56.48Hz，模態優化提高11.88Hz，滿足高于50Hz的要求；梁截面優化后電池箱體梁框架重量由54.31kg降低至39.56kg，降重27.2%，且模態僅降低4.43Hz至52.05Hz，滿足50Hz設計指標前提下避免了保留過大的設計冗余，更好的提高了電池系統能量密度。
關鍵詞：拓撲優化；動力電池；輕量化；模態； OptiStruct
Abstract：Battery is the key component of the electric vehicle, thevibration performance and the weight are related to the performance of thevehicle. Topology optimization, as an effective CAE optimization method, hassignificant guiding significance for structural design.
展開 推特上出現了一張圖，“so this is Tesla’s 4680 pack the next generation battery pack integrated into the structure of the vehicle that will change everything”，這個圖比較模糊，不過從這個設計來看挺有意思的。我們先順序的來看下面圖1~圖3，特斯拉5月份的流傳圖，去年流傳的諜照還有官方發布的概念圖。
備注：就一張圖，也沒有特別多的信息
圖1 5月份流出來的圖
圖2 2020年流傳的圖
圖3 特斯拉發布的概念圖
目前這張最新的5月份照片，再次給我們明確了幾個方向：
1）相比于原有的Model 3的設計，新的設計電芯之間的間距留的很小，確實和概念圖一樣采用了蜂窩狀的結構，電芯之間錯位半顆。在
2）從電芯數量來看，確認了電芯數量大約為960個（每排24個，10排為一個分組，一共40排），21700電芯為5Ah 1/3C，4680是21700的5倍，對應25Ah，粗略估算87.6kWh
3）從兩排電芯的間距來看，電芯的冷卻板的結構還是2排電芯一個水嘴，這個結構似乎和電池的固定結構鑄造在一起了。按照上這張示意圖，電芯之間還是用膠水進行固定
圖4 George Bowe的猜測
4）這個設計比較緊密，采樣線和電氣設計，在Pack的空間沒有留。估計后續特斯拉還是要把BMS等等往Pack的上方布置，所以從下圖1來看有一個向上伸展的塑料結構。圖1和圖3的真實還原度還是差異不大的。
展開 Modeling modules and battery packages this way allows quick and easy “black box” assessments, but does not allow the evaluation of individual cell temperatures. If this is required, model each cell individually. KULI 9.1 will contain dedicated “Battery Module” and “Battery Pack” components, which will further facilitate this process.
混合動力汽車熱管理模式搭建和分析結果
下例就是nrel結合空調系統的一個原理圖，結合空調特性和控制策略，開啟和關閉空調，系統可以給出不同的響應，完成不同工況的分析。
完整的模型搭建如下：
To validate the KULI model, the cell temperatures for a defined charging and discharging cycle, which is run several times, are compared with CFD results. In KULI, the cell itself is
represented by two point masses that are connected with a thermal conductivity component.
展開 Modeling modules and battery packages this way allows quick and easy “black box” assessments, but does not allow the evaluation of individual cell temperatures. If this is required, model each cell individually. KULI 9.1 will contain dedicated “Battery Module” and “Battery Pack” components, which will further facilitate this process.
混合動力汽車熱管理模式搭建和分析結果
下例就是nrel結合空調系統的一個原理圖，結合空調特性和控制策略，開啟和關閉空調，系統可以給出不同的響應，完成不同工況的分析。
完整的模型搭建如下：
To validate the KULI model, the cell temperatures for a defined charging and discharging cycle, which is run several times, are compared with CFD results. In KULI, the cell itself is
represented by two point masses that are connected with a thermal conductivity component.
展開 第一部分 中國的案例和實驗
我國曾經出現過的電池浸水案例，主要如下：
案例1：2016年南京大巴起火，電池系統當時按照IP54系列設計
案例2：2018年廣州純電動汽車由于大雨下浸水而起火
案例3：2019年杭州由于電池浸水而起火
在對電池進水影響的研究方面，清華大學的研究團隊曾發布論文《Preliminary Study on the Safety of a Lithium Ion Battery Pack Under Water Immersion》，同時，在EVS上展示過視頻，在這里引述如下。
論文中分析得到的原因是：電池系統在浸沒之后，由于電解水的反應會產氣，在高壓連接氣體的運動下產生通斷，使得連接的地方產生電弧。如果在全部浸入之后，電弧可能引起電池起火。最主要的是，當接觸器兩端正負極間距處于比較近的狀態，以及在集中式BMS采樣匯集處，這些部分在鹽水里面就能形成回路，比如：接觸器正負極之間、BMS的高壓采樣段正負極之間，和模組匯集電壓的CMU等幾個地方。如果是泡在洪水中，由于水中雜質較多，一旦電池進水，內部很容易燒蝕。
第二部分 韓國的測試案例
和中國一樣，韓國實驗室也做了一些實驗。首先一個就是把KONA EV的電池系統外殼拿掉，直接放在水里，效果是這樣的：
總體而言，一旦進水以后，在電池設計距離比較合適的時候，電芯的電量被慢慢放掉，不會引發起火。而引發起火的設計，都是不符合其端子的電氣間隙和爬電距離，參考 ISO 6469-1:2019電氣間隙和爬電距離。
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Structural Designs for Electric Vehicle Battery Pack against Ground Impact[C]//SAE World Congress Experience,2018.
[4] Zhu J, Li W, Wierzbicki T, et al.
“Occupants should not hear anything going on underneath them in the battery pack and electric drive system, while outside the vehicle noise remains,” Saha asserted.
相關研究成果以“Numerical-experimental method to devise a liquid-cooling test system for lithium-ion battery packs”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
研究成果以“A manifold channel liquid cooling system with low-cost and high temperature uniformity for lithium-ion battery pack thermal management”為題發表于《Thermal Science and Engineering Progress》。
一個“動力電池包（Battery PACK）”通常由幾個“電池模塊（Battery Module）”組成。電池模塊也簡稱為“模組”，我們通常把多個“電芯（Battery Cell）”用同一個外殼框架封裝在一起，通過統一的邊界與外部進行聯系時，這就組成了一個模組。“電芯（Battery Cell）”是動力電池的最小單位，也是電能存儲單元。
▲Lucid reveals its insane 500-mile range is achieved on 113 kWh battery pack
部分得益于電機等零部件的高度集成，Lucid Air 擁有容積超過 280 升的前艙箱（比目前最大的轎車前艙箱大 89%），加上后備箱的總容積達到 739 升。
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；
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Pack Under Water Immersion》，同時，在EVS上展示過視頻，在這里引述如下。
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