battery pack的案例
拓撲優化動力電池輕量化箱體設計
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 網上流出來特斯拉4680的Pack設計照片
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 混合動力汽車熱管理仿真軟件kuli
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 淺談電池系統1d熱仿真軟件KULI
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 
電動汽車電池進水了會怎么樣？
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。
展開 低壓用電模式變化之后的BEV里面12V鋰電化
"With the new S/X, we are also are finally transitioning to a Li-ion 12-volt battery.It has way more capacity and the cycle life matches the main battery pack. We should have done that before, but it’s great that we are doing it now.”
在之前的產品應用中，特斯拉使用的傳統鉛酸AGM電池，從33Ah、40Ah一路增大到45Ah。由于特斯拉比較特殊的控制系統，使得特斯拉在使用12V鉛酸電池過程中，主要問題在于由于特殊的工況，使得在普通車上能使用時間3-4年的，由于12V系統老在工作，鉛酸電池壽命加速衰減，表現出來的故障，就是車主會遇到12V低電量問題（這個可以用不下電來解決，但是帶來的問題就是每天靜置之后高壓電池放電有點多）或是頻繁的更換12V鉛酸電池（壽命1-2年）。
圖2 儀表盤上的替換12V電池報警
在之前的文章中已經介紹過12V鋰電池（12V鋰電替換鉛酸的路徑、BMW在傳統車上的兩種12V鋰電池、48V&高壓大電池和12V小電池的集成）
在各種混動和傳統車上使用，在純電動汽車上面，之前的車型還是使用的成熟技術。
展開 一種用于鋰離子電池組熱管理的液體冷卻系統
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》。
03
圖文導讀
圖1.帶流形通道散熱器的BTMS的原理圖。
表1.電池、冷卻劑和材料的熱物理特性。
圖2.仿真電池組的幾何模型，(a)矩形流形結構，(b)錐形流形結構。
圖3.具有四個通道的錐型通道示意圖。
圖5.仿真結果與實驗數據比較：(a)電池平均溫度，(b)流形微通道散熱器的熱性能。
圖6.(a)電池體積平均溫度，(b)通道流速的分布。
圖7.(a)電池最高溫度，(b)電池最高溫差，(c)電池溫度不均分布。
圖8. 不同通道的熱力學性能。
圖9.矩形和錐形結構的電池體積平均溫度和速度的比較。
圖10.電池的性能對比。
展開 鋰離子電池組液冷測試系統的數值-實驗方法設計
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》。
03
圖文導讀
圖1 LCS結構圖：LCS(a)原理圖；(b)袋電池模塊。
圖2 LCS模型與EV動力學模型。
圖3 LCS性能測試的試驗設置(a)測試系統的示意圖；(b)實際系統的照片。
圖4 關鍵參數對冷卻性能的影響：(a)流量(b)入口溫度(c)干預時間；(d)連續冷卻與延遲冷卻的比較。
圖5 LHS點和RBF方法響應面的可視化：(a)電池溫度樣品；(b)功耗樣品；(c)電池溫度響應面；(d)功耗響應面。
圖6 NEDC測試：(a)兩種不同配置的仿真結果；(b)優化值與優化配置的實驗數據的比較。
展開 FLUENT電池組放電過程模擬
（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕，彈出Select File（導入網格）對話框，選擇文件名為1P3S_battery_pack.msh的網格文件，單擊OK按鈕便可導入網格。
（4）導入網格后，在圖形顯示區將顯示幾何模型。
（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網格質量，確保不存在負體積。
（6）單擊主菜單中Mesh→Scale按鈕，彈出如圖5所示Scale
Mesh（網格縮放）對話框。在Scaling中，選擇Special Scaling Factors，在Scaling Factors
X，Y和Z中分別輸入0.1，單擊Scale完成網格縮放。
（7）單擊主菜單中File→Write→Case按鈕，彈出Select File（保存項目）對話框，在Case File中填入battery，單擊OK按鈕便可保存項目。
2、調入MSMD電池模型
（1）在文本信息區，依次輸入以下指令
> define
/define> models
/define/models> addon-module
Fluent Addon Modules:
0. None
1. MHD Model
2. Fiber Model
3. Fuel Cell and Electrolysis Model
4. SOFC Model with Unresolved Electrolyte
5. Population Balance Model
6. Adjoint Solver
7. Single-Potential Battery Model
8. Dual-Potential MSMD Battery Model
9.
展開 汽車前沿技術 | NVH前沿工程技術
“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. “At some point, those noises are going to become a quality issue.”
Customer expectations of refinement in EVs versus the incumbent IC-engine vehicles are still evolving. In ICE vehicles, about 50% of NVH issues are related to the powertrain. The other half are generated mainly by road and wind noise. In EVs, the noise sources are more balanced; the electric drive unit (EDU) noise is important but road noise at low- to mid- speeds and wind noise at high speeds “tend to dominate,” explained Kiran Govindswamy, senior VP - Drivetrain, e-Mobility and Vehicle, at FEV.
展開 基于LS-DYNA的電動汽車電池擠壓損傷仿真分析
Nickel-Rich Layered Lithium Transition Metal Oxide for High-Energy Lithium-Ion Batteries[J].ChemInform, 2015, 46(26).
[2] 張新春,王俊瑜,汪玉林,等.基于膜力因子法的方形鋰離子電池沖擊動力響應研究[J].應用數學和力學, 2022, 43(11):1203-1213.
[3] Zhu J, Zhang X, Wierzbicki T, et al. 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. Deformation and failure of lithium-ion batteries treated as a discrete layered structure[J]. International Journal of Plasticity, 2019(121):293-311.
[5] 王燦,馬盼,祝國梁,等.鋰離子電池長壽命石墨電極研究現狀與展望[J].儲能科學與技術, 2021,10(1):59-67.
[6] Sahraei E, Campbell J, Wierzbicki T. Modeling and short circuit detection of 18650 Li-ion cells under mechanical abuse conditions[J]. Journal of Power Sources, 2012,220(6):360-372.
展開 
電動汽車動力電池振動疲勞性能優化
Vibration Fatigue Analysis For Battery Packs OfEV[J]. Automobile Technology, 2016(2):109-110.
[6]DENTSORAS A J,DIMAROUONAS A D. Resonance controlled fatigue crack propagationin a beam under longitudinal vibrations[J].International Journal ofFracture,l983，23(1):1522.
來源：新能源車振動與安全
作者： 雨果cae
展開 PHEV車型高壓互鎖方案設計及分析
Key words
：
new energy
；
HVIL
；
sampling resistance
；
battery pack
；
fault diagnose
；
HCU
；
BMS
Lucid電驅動技術全解析
▲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。
▲Lucid Motors Air — A Brand-New American Luxury EV
Lucid Air使用了Lucid Electric Advanced Platform (LEAP)平臺打造，這個平臺其實與其他品牌全新的純電平臺都是類似的，都是盡可能壓縮前后懸架空間，盡可能讓中部區域空間最大化，因為這樣可以給電池留出更多空間，并且也讓車內空間更大了。
▲Lucid Air Shows Off Bold Zenith Red Color Option In NYC
▲2021 Lucid Air electric Performance and MPG
▲Lucid Air前電驅總成
▲Lucid Air前電驅總成外形尺寸
▲Lucid Air后電驅總成
▲Lucid Air后電驅總成外形尺寸
Lucid Air 全系均為永磁電機，單電機功率可以達到 447 kW，是目前全球量產純電動車中峰值功率最高的電機，同時也是峰值功率最大的電機，包括感應電機在內。為了解決永磁電機可能存在的發熱問題，Lucid Air 對該電機進行了獨特設計。
展開 PHEV車型高壓互鎖方案設計及分析
Key words
：
new energy
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sampling resistance
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battery pack
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HCU
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