电动车电池中的CAE应用探讨-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

1 前言

CAE(计算机辅助工程)用于电池开发设计是非常有效的方法。

将CAE用于电池开发设计的事例，其中含未发表的部分列于表1。CAE(计算机辅助工程设计)适用于流体、铸造、塑性加工等多种复杂的领域。本文介绍的是研讨拓展CAE的适用范围，将其用于可靠性高的固定型VRLA电池的结构设计的应用事例，是有关为提高36V—VRLA电池的性能，采用CAE研究电槽形状的实例报告。

2 事例(1)：固定型VRLA电池

2.1 分析的目的

固定型VRLA电池一般要求寿命性能在10年以上，特别是用于备用电源用途的电池，在使用期间必须确保电池性能。因此，这种类型的电池要求可靠性更高。众所周知，备用电源用蓄电池长时间的涓流充电，导致电池内部正板栅逐渐氧化腐蚀，随着氧化体积增大，极板本身膨胀变形。因此，在长期使用期间，为了维持电池的性能，有必要将极板膨胀以某种形式吸收，避免电池槽变形及破碎的现象出现。电池内部吸收时也能引起汇流排变形、破损，难以维持电池性能。

在设计VRLA电池时，重要之处是对使用期间可预测到的问题进行定量预测、采取对策。在此研讨了采取CAE(计算机辅助工程)设计对电池强度进行分析，试图预测使用中有可能出现的现象，要求进一步地提高电池的可靠性。

2.2 分析方法

经分析的VRLA电池有限影响要素模式示于图1。正极群进行了3层次模型化分析。模型化分析后进行装槽。板极膨胀是依据极板的膨胀率给与假定的温度，通过热膨胀表现极板的膨胀。分析是基于有限影响要素的分析程序。

分析所用的物性数据是采用图2所示的各种实验进行的，测定了构成电池各部位材料的强度。

2.3 分析结果

极群膨胀时的电池与电池内极群的应力分布示于图3。应力是集中在极柱树脂封口部分和与此接近的电池槽、盖部分。采用计算机模拟的变形、应力的分布与使用实物电池的变形、破坏试验结果的对比示于图4。

模拟模型是使电池内部的极群强制地向上方移位，观测达到电池被破坏程度时的状态，两者的变形过程一致。并确认在应力高的部位出现电池槽白化，发生了破坏，从而确认了计算机模拟的有效性。

从计算机模拟、模型验证的结果看，当设定极板的最大膨胀率超过5 %时，电池槽仍然完好，从而确认了这个电池的安全性能。

2.4 提高可靠性能

降低电池槽应力的试验，极板脚从2只削减为1只后的试验效果示于图5、图6。对比分析结果时，极板脚为一只，电池槽的最大应力削减了40%，并进一步提高了可靠性能。

削减电池内部汇流排应力的试验，研究汇流排的形态(形状)。根据传统的形状和极柱附近宽幅的新形状求出应力分布，其结果示于图7。汇流排长方向应力状态的对比示于图8。两者的对比结果是易引起破损的箭头部分，最大可削减50%，这样有效地提高了可靠性能。

3 事例(2)：36V—VRLA电池

3.1 分析的目的

36V—VRLA电池(以下简称36V电池)，从其使用条件来讲对电池性能的要求很高。众所周知，高倍率放电性能是极板与隔板以及极群的压力(以下称群压)有着相互依存的关系，但是象36V多格整体槽结构的电池，群压根据单格的位置而变化，单格性能存在差异。其结果是性能不佳的单格将左右整体电池的性能。在此通过使用CAE计算机辅助工程设计对36V电池结构进行分析，可以定量的把握电池结构对性能的影响，同时可以得到为了提高电池性能的更广范围的认知。

3.2 分析方法

分析所用36V电池的有限影响要素模型示于图9。图中根据对称条件对整体电池的1/8进行了3层次模拟试验，电池槽内插入了由极板和隔板构成的极群模型。实际的电池是在极群以压缩的状态插入电池槽内，极群组通常处于群压状态下。分析模型时为了施加群压，极板部分比实际采用的要薄，使极板部分膨胀(假定的热膨胀)，使其达到所定的极板厚度，因此电池槽内极群通常为群压状态。

分析应用的极群的物理特性，通过实际极群的压缩试验获得。

3.3 分析结果

初期状态(极群插入电槽状态)电池槽应力的分布示于图10。由于群电池槽膨胀变形，应力多半集中在棱角部位。极群从初期状态到膨胀时的电池槽变形量的变化示于图11。随着膨胀率的增加，变形量也逐渐加大，当膨胀率超过20 %时，变形量急剧增大。这是因为膨胀率在小的范围内，可通过隔板的压缩来平衡膨胀。但是当膨胀率接近20 %时，隔板变得无弹性，极板的刚性增加，对电池槽侧面受膨胀的影响原原本本表现出来。

不同位置单格的变形量示于图12。两端的第1、第9单格比其他单格的变形大，特别是膨胀率在20 %以下范围时电池整体的变形90 %以上都集中在第1、第9单格的部位。极群与电池槽内壁之间的压力分布示于图13，各单格求得的压力值分别示于图14。由图可以看出边格与其他格相比压力小。

实测36V电池高倍率放电试验，测定各单格放电电压的结果示于图15。图14与图15的内容走向基本一致，放电性能与群压密不可分。

3.4 电池槽结构的研讨

改变电池槽短则面筋条形状时的电池槽变形量示于图16。变形量的对比，横向筋条的变形小，其原因是单格形状为立式，短侧面向外膨胀时横向筋条的曲率比竖向大，因此横向的筋条效果明显。

4 小结

通过实践可以确认，采用CAE计算机辅助工程设计开发产品，在研发电池方面非常有效，不仅可缩短开发周期，而且还可以降低成本。

关键字：电动车电池 CAE应用编辑：探路者引用地址：电动车电池中的CAE应用探讨

上一篇：微球测井仪屡烧检波板厚膜电路的问题解决
下一篇：小容量UPS的操作过电压防护方案

推荐阅读最新更新时间：2023-10-17 15:01

红米K20搭载4000mAh电池

红米Redmi手机今天在官微确认，即将发布的Redmi K20将搭载4000mAh大电池，证实了此前的传闻。　　实际上，Redmi K20将搭载4000mAh大电池也并不让人意外，毕竟红米3s就采用了相同容量的电池。用户更期待的应该是该机的快充功能，根据此前的消息，该机将支持跟小米9相同的27W快充功能。　　红米Redmi手机官方已经宣布，K20旗舰新品将于5月28日在北京正式发布。Redmi K20将搭载骁龙855旗舰处理器，采用弹出式前置相机，其使用寿命达30万次，后置索尼4800万超广角三摄相机，前置2000万自动升降AI相机，支持960帧超级慢动作视频拍摄，6.39英寸AMOLED全面屏，新一代屏下指纹，该机还将支

[手机便携]

基于LTC6802 的电池组监控平台的电路设计

随着环境和能源问题日益严峻，电动汽车及混合动力汽车(EV/HEV)已经成为了当今世界关注的焦点。蓄电池是EV的动力环节，但其单体端电压及容量都较小，比如广泛应用的磷酸铁锂(LiFePO4)电池端电压一般不超过3.65 V,因此常需多单体串并联组合使用来满足车辆的需求 .对于车载电池包而言，一个功能完备的监控系统是非常必要的。目前国内的电池组监控设备存在两大问题：一是电池电压检测精度不高，二是电池组均衡控制的实现较复杂。针对这些问题，本文应用Linear Technology 公司新推出的电池组监控芯片LTC6802,设计了一套面向锂离子电池组的硬件监控平台。该平台设计实现的功能包括单体电压/ 温度检测、电池组均衡以及分布式CAN

[电源管理]

基于LTC6802 的<font color='red'>电池</font>组监控平台的电路设计

看看蔚来发布的75kWh的三元磷酸铁锂电池系统

第一次听三元磷酸铁锂这个方案，是听C家前瞻的经理说的。这个方案最大的优点是降低了热失控隔热的成本，也可以比单纯铁锂多一些电，用两套BMS的管理来做。我当时的判断是：没必要用这么复杂的技术去做这个方案。我个人的理解蔚来选择这个方案的理由主要是：（1）有效降低成本：之前蔚来70kwh的制造模式，是从宁德时代购买模组，然后去正力蔚来组装，整体的成本按照估计是在1块每Wh以上。这里贵在原来模组的降价空间很低，是0.8-0.9元/Wh以上，加上Pack成本，算算可高了。而这套基于主要铁锂CTP大模组的方案，可以有效降低成本，预期能到0.75-0.8元每Wh左右，这将为后面蔚来出牌奠定基础。图1 使用铁锂是全行业降本策略，不跟

[嵌入式]

看看蔚来发布的75kWh的三元磷酸铁锂<font color='red'>电池</font>系统

电池是瓶颈？详解智能手机电池发展趋势

　其实笔者写文章的时候，最喜欢的一句开头语就是：在智能手机飞速发展的今天此处省略一万字。不可否认，智能手机硬件软件发展速度真的是呈几何级数曲线增长的。但即使是飞速发展，我们对智能手机还是有着这样或者那样的不满意，到底是什么制约了智能手机，什么又是智能手机木桶效应的那个短板呢？今天我们就来探讨下关于智能手机一个老生常谈的问题——电池。有人说智能手机电池已经到达瓶颈，很难有大的突破了，是这样么？要想要智能手机电池续航有所突破需要在电池工业上有哪些改进，又需要在软件算法上有何优化呢？时下什么智能手机采用了高端节电技术呢？这将是本文和大家一同探讨的问题。　　其实智能手机发展进入瓶颈这是一个老生常谈的话题。但如果我们仔细想想，什

[手机便携]

大唐恩智浦：电池管理芯片创新，引领新能源行业变革

大唐恩智浦半导体高级现场应用工程师，刘欢欢日前，在2021国际汽车电子创新发展论坛上，结合公司开发的独特的，基于专利电路，能够在很宽的频率范围内在线测量电池电化学阻抗谱（EIS）的技术，做了题为《电池管理芯片创新，引领新能源行业变革》的演讲报告，以下是发言内容，略有修改。分享包括三部分，第一部分是电池管理芯片的产业链和价值链，第二部分是电池管理芯片在电动汽车电池安全方面的角色和表现，第三部分是未来大唐恩智浦需要什么样的电池管理芯片，以解决电池安全痛点，带来行业变革。整个电池管理芯片，还有相关的一些产业链概况。最上面的是整车厂，现在可以看到在电动车领域也是百发齐放的时候，往上游就是Tier1，包括了电芯厂、Pack厂，然

[汽车电子]

大唐恩智浦：<font color='red'>电池</font>管理芯片创新，引领新能源行业变革

中科院：新型被动式自呼吸直接甲醇燃料电池发明成功

一种采用纯甲醇进料方式的被动式自呼吸直接甲醇燃料电池，日前由中科院长春应用化学研究所发明成功。该电池构成包括纯甲醇贮存腔，甲醇缓冲区和电池工作单元。在纯甲醇贮存腔和甲醇缓冲区之间采用渗透膜来控制甲醇的传递，实现纯甲醇进料，以满足甲醇燃料电池的长效工作能力。　　该电池可以成功的实现纯甲醇进料，能极大提高燃料电池的工作时间，提供更高的能量密度。通过控制这种膜的面积来控制甲醇的传递速度，可以补充在不同电流下电池工作时消耗甲醇的量，而不需要外加蠕动泵和甲醇传感器来控制燃料的补充。在甲醇缓冲腔，甲醇燃料以蒸汽形式或液膜形式吸附在电极表面进行反应，由于其量较少,电池可以短时间内朝多个方向放置，而传统被动式燃料电池由于

[安防电子]

大盘点：国内已上路“开跑”的纯电动车一览

比亚迪E6 　　比亚迪e6是一款cross风格的MPV车型，虽然目前该车尚未面对个人用户销售，但已经在国内出租车，及公务车领域投入使用。估计比亚迪e6下半年将上市，面向私人用户销售，国内起售价预计在30万元左右，该车可获得国家发布的电动车补贴，最高可补贴6万元。　　动力方面：比亚迪e6的动力与启动系统均采用比亚迪自主生产的ET—Power铁电池，单次充电综合行驶里程可达300公里。比亚迪e6最大功率75千瓦，最大扭矩450牛米，最高时速可达到160公里/小时，其百公里能耗为21.5度电左右，相当于燃油车1/3至1/4的消费价格。官方公布的0-100公里/小时加速时间在10秒以内。　　续航能力：比亚迪 e

[汽车电子]

全球汽车巨头将投建400GWh电池产能

9月8日，汽车巨头Stellantis的首个电池技术中心（Battery Technology Center）在意大利都灵开业。该电池技术中心投资4000万欧元，将专注于设计、测试和开发电动汽车动力电池电芯和电池模组，为即将推出的Stellantis品牌车辆提供动力。据悉，在本次开业仪式上，Stellantis高级副总裁Micky Bly表示，“我们已经在全球宣布建设约250GWh的电池产能，但我们认为需要在全球建设400GWh的产能。我们已经承诺在全球建设六座电池超级工厂，未来还会有更多。” 也就是说，Stellantis计划将电池产能扩大至400 GWh，并会将电池超级工厂数量提升至6个。图片来源：S

[汽车电子]

全球汽车巨头将投建400GWh<font color='red'>电池</font>产能

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■TI 有奖直播 | 使用基于 Arm 的 AM6xA 处理器设计智能化楼宇

■Follow me第二季第3期来啦！与得捷一起解锁高性能开发板【EK-RA6M5】超能力！

■报名直播赢【双肩包、京东卡、水杯】| 高可靠性IGBT的新选择——安世半导体650V IGBT

■30套RV1106 Linux开发板（带摄像头），邀您动手挑战边缘AI~

Vishay线上图书馆

白皮书技术文章视频热门推荐