車用鋰離子動(dòng)力電池碰撞安全

定　價(jià)：￥158.00

作　者：	夏勇，周青
出版社：	華中科技大學(xué)出版社
叢編項(xiàng)：
標(biāo)　簽：	暫缺

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ISBN：	9787568097796	出版時(shí)間：	2024-03-01	包裝：	精裝
開本：	16開	頁數(shù)：		字?jǐn)?shù)：

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書為“節(jié)能與新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)研究叢書”建設(shè)的重要組成部分，集中體現(xiàn)了在科技部中美清潔汽車聯(lián)盟合作專項(xiàng)（2016YFE0102200）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“循環(huán)老化鋰離子動(dòng)力電池的碰撞安全性研究”（52172405）、“鋰離子動(dòng)力電池碰撞失效機(jī)理和表征模擬研究”（51675294）和“動(dòng)力電池?zé)崾Э氐恼T發(fā)與擴(kuò)展機(jī)制、模型及抑制方法”（U1564205）支持下取得的研究成果。在車用動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度提升和結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)下，作為儲(chǔ)能與供能的主體，動(dòng)力電池組和車身結(jié)構(gòu)的集成程度越來越高。在電動(dòng)汽車碰撞這類極端工況的安全評(píng)估與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題中，動(dòng)力電池既被視為保護(hù)對(duì)象，也需要在適當(dāng)?shù)淖冃稳菹薹秶鷥?nèi)考慮其分?jǐn)偼鈦頉_擊能量的可能性，充分優(yōu)化碰撞能量吸收的路徑。鑒于此，本書從動(dòng)力電池碰撞安全設(shè)計(jì)的視角出發(fā)，從電池結(jié)構(gòu)大變形力學(xué)分析入手，系統(tǒng)介紹了電池組分材料、電池單體、電池模組多個(gè)層級(jí)的測(cè)試和表征方法，詳細(xì)闡述了機(jī)械載荷作用下的動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)和失效行為特征，深入剖析了大變形破壞情況下的動(dòng)力電池力、電、熱響應(yīng)的關(guān)聯(lián)性；對(duì)應(yīng)于不同應(yīng)用層級(jí)，全面介紹了動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真建模方法，并圍繞動(dòng)力電池多物理場(chǎng)建模的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了細(xì)化討論；結(jié)合試驗(yàn)和建模分析，從機(jī)理上揭示了若干內(nèi)外因素對(duì)鋰離子電池變形響應(yīng)和失效行為的影響規(guī)律；*后，結(jié)合新能源車輛的典型碰撞工況和結(jié)構(gòu)輕量化需求，介紹了幾種具有代表性的動(dòng)力電池碰撞防護(hù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)思路。本書可作為車輛專業(yè)研究生和本科生開展電動(dòng)汽車碰撞安全研究和動(dòng)力電池系統(tǒng)安全分析的參考資料，也可為新能源汽車設(shè)計(jì)、安全性能評(píng)估和制造以及動(dòng)力電池研制等相關(guān)企業(yè)研發(fā)工程師的工作提供參考。

作者簡(jiǎn)介

　　夏勇，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院副研究員，博士生導(dǎo)師。兼任International Journal of Impact Engineering編委、國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（SAE International）車輛安全與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)分會(huì)共同主席、SAE International Journal of Materials and Manufacturing副主編、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)分會(huì)副秘書長(zhǎng)、汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟專家委員會(huì)委員。主要從事材料與結(jié)構(gòu)大變形失效、動(dòng)力電池碰撞安全和行人碰撞安全等研究。1998年獲中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子物理學(xué)士學(xué)位；2004年獲中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)固體力學(xué)博士學(xué)位；2013—2014年在美國(guó)麻省理工學(xué)院訪學(xué)期間開始動(dòng)力電池碰撞安全方面的研究工作。主持和參與多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和國(guó)家自然科學(xué)基金課題，與通用、福特、大眾、豐田等企業(yè)長(zhǎng)期開展合作研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，獲國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利10余項(xiàng)。周青，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。兼任中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車安全技術(shù)分會(huì)主任委員，International Journal of Impact Engineering副主編，International Research Council on Biomechanics of Injury （IRCOBI）理事。研究領(lǐng)域?yàn)槠嚢踩⑷梭w碰撞保護(hù)、材料和結(jié)構(gòu)大變形失效、電池碰撞安全等。主持過多項(xiàng)國(guó)家縱向課題及國(guó)際合作項(xiàng)目，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，并獲得數(shù)十項(xiàng)中國(guó)和美國(guó)發(fā)明專利，主講“汽車碰撞安全基礎(chǔ)”課程，該課程獲得“清華大學(xué)精品課程”稱號(hào)及*首批*一流本科課程和“國(guó)家精品慕課”認(rèn)定。1985年本科畢業(yè)于北京大學(xué)力學(xué)專業(yè)，1994年獲得麻省理工學(xué)院（MIT）博士學(xué)位，1994年至1999年就職于美國(guó)通用汽車公司研發(fā)中心，1999年至2003年就職于美國(guó)聯(lián)邦政府交通部Volpe研究中心，2003年開始在清華大學(xué)任教。

圖書目錄

第1章電動(dòng)汽車碰撞事故和碰撞安全設(shè)計(jì)需求1
1.1電動(dòng)汽車典型碰撞工況分析1
1.2輕量化電池包的碰撞安全設(shè)計(jì)需求7
本章參考文獻(xiàn)9
第2章電池多層級(jí)機(jī)械加載試驗(yàn)方法12
2.1鋰離子電池機(jī)械加載試驗(yàn)概述12
2.2電池組分材料機(jī)械性能試驗(yàn)方法14
2.2.1組分材料的壓縮性能測(cè)試16
2.2.2組分材料的拉伸性能測(cè)試17
2.2.3組分材料的穿孔測(cè)試20
2.2.4電極的箔材涂層界面強(qiáng)度測(cè)試20
2.3電池單體機(jī)械性能試驗(yàn)方法25
2.3.1電池單體準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)械加載測(cè)試27
2.3.2電池單體動(dòng)態(tài)機(jī)械加載測(cè)試29
2.4電池模組機(jī)械性能試驗(yàn)方法31
2.5本章小節(jié)32
本章參考文獻(xiàn)33
第3章電池單體組分材料的力學(xué)性能分析和表征35
3.1組分材料基本力學(xué)特性概述35
3.2金屬集流體的力學(xué)行為表征36
3.2.1金屬集流體箔材的本構(gòu)描述36
3.2.2金屬集流體箔材力學(xué)測(cè)試結(jié)果與力學(xué)行為表征42
3.3活性涂層的力學(xué)行為表征49
3.3.1活性涂層孔隙材料的本構(gòu)描述49
3.3.2活性涂層材料力學(xué)測(cè)試結(jié)果與力學(xué)行為表征54
3.4電極集流體箔材活性涂層界面強(qiáng)度表征63
3.5隔膜材料的力學(xué)行為表征65
3.5.1隔膜材料的本構(gòu)描述65
3.5.2隔膜材料力學(xué)測(cè)試結(jié)果與力學(xué)行為表征69
3.6電池單體的封裝材料79
3.7本章小結(jié)81
本章參考文獻(xiàn)82
第4章受擠壓電池的力學(xué)響應(yīng)和變形失效特征86
4.1單體變形與失效特征86
4.1.1圓柱電池單體的變形與失效特征87
4.1.2軟包電池單體的變形與失效特征90
4.1.3方殼電池單體的變形與失效特征97
4.2模組變形與失效特征100
4.2.1軟包電池模組100
4.2.2方殼電池模組109
4.3本章小結(jié)112
本章參考文獻(xiàn)113
第5章面向機(jī)械載荷工況的電池仿真建模方法115
5.1電池單體建模方法概述115
5.2電池單體的均質(zhì)化模型116
5.2.1蜂窩材料模型的改進(jìn)117
5.2.2DeshpandeFleck模型的改進(jìn)127
5.2.3電芯均質(zhì)化模型的電池模組仿真應(yīng)用133
5.3非均質(zhì)簡(jiǎn)化模型136
5.4精細(xì)化模型138
5.4.1精細(xì)化模型構(gòu)建138
5.4.2模型計(jì)算結(jié)果139
5.5基于仿真大數(shù)據(jù)的碰撞失效預(yù)測(cè)模型142
5.5.1多工況參數(shù)化電池精細(xì)模型143
5.5.2電池單體碰撞擠壓工況的多參數(shù)組合仿真矩陣145
5.5.3電池單體多工況碰撞失效仿真結(jié)果分析147
5.5.4基于仿真大數(shù)據(jù)的電池碰撞失效預(yù)測(cè)分類模型149
5.5.5基于仿真大數(shù)據(jù)的電池單體碰撞擠壓失效回歸模型155
5.6本章小結(jié)158
本章參考文獻(xiàn)158
第6章擠壓工況電池單體的力電熱響應(yīng)161
6.1不同壓頭擠壓工況的電池單體力電熱響應(yīng)161
6.1.1電池單體機(jī)械響應(yīng)與電熱響應(yīng)的關(guān)聯(lián)性161
6.1.2內(nèi)短路后電池單體的電熱響應(yīng)163
6.1.3變形和斷裂模式165
6.1.4斷裂模式對(duì)電池電壓和溫度變化的影響168
6.2不同擠壓方向下的電池單體力電熱響應(yīng)169
6.2.1不同擠壓方向下的電池單體機(jī)械響應(yīng)特征169
6.2.2不同方向擠壓下電池單體內(nèi)短路和產(chǎn)熱特性172
6.2.3不同擠壓方向下的電池單體內(nèi)部失效特征175
6.2.4斷裂模式對(duì)開路電壓和溫度場(chǎng)的影響176
6.3機(jī)械載荷下電池單體的力電熱多場(chǎng)仿真框架178
6.4本章小結(jié)186
本章參考文獻(xiàn)187
第7章電池?cái)D壓力學(xué)響應(yīng)的荷電狀態(tài)敏感性192
7.1電池單體力學(xué)響應(yīng)的荷電狀態(tài)敏感性測(cè)試192
7.2組分材料力學(xué)性能的荷電狀態(tài)相關(guān)性195
7.2.1高荷電狀態(tài)的組分材料樣品制備和拉伸測(cè)試方法195
7.2.2不同SOC電池的組分材料拉伸性能變化和空氣暴露效應(yīng)197
7.2.3高荷電狀態(tài)的組分材料微觀結(jié)構(gòu)特征201
7.3荷電狀態(tài)相關(guān)性的機(jī)理分析203
7.3.1兩種電池的卷芯擠壓試驗(yàn)204
7.3.2外部約束下軟包電池的擠壓試驗(yàn)204
7.4軟包電池自由膨脹和約束反力207
7.4.1無約束軟包電池單體的體積膨脹207
7.4.2約束單體反作用力的測(cè)量209
7.4.3電池膨脹內(nèi)應(yīng)力的解析模型210
7.5電池大變形力學(xué)行為的荷電狀態(tài)影響機(jī)理214
7.5.1用于估算組分材料影響的解析模型214
7.5.2用于活性涂層壓縮性能分析的離散元模型216
7.5.3考慮膨脹內(nèi)應(yīng)力的代表體元模型220
7.5.4考慮膨脹內(nèi)應(yīng)力的連續(xù)介質(zhì)涂層模型222
7.5.5荷電狀態(tài)相關(guān)的DPC模型224
7.6本章小結(jié)226
本章參考文獻(xiàn)226
第8章電池碰撞擠壓響應(yīng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)228
8.1電池單體的動(dòng)態(tài)擠壓試驗(yàn)228
8.2電池結(jié)構(gòu)剛度的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)效應(yīng)229
8.2.1樣品制備與層疊壓縮試驗(yàn)230
8.2.2干、濕狀態(tài)電池樣品層疊壓縮試驗(yàn)結(jié)果230
8.3電池剛度動(dòng)態(tài)增強(qiáng)的解析模型232
8.4電池結(jié)構(gòu)剛度動(dòng)態(tài)增強(qiáng)效應(yīng)的仿真研究236
8.4.1基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）的模型236
8.4.2基于孔隙力學(xué)的有限元模型239
8.5電池?cái)D壓斷裂的動(dòng)態(tài)特征分析243
8.5.1基于等效模型的結(jié)構(gòu)失效仿真分析244
8.5.2動(dòng)態(tài)失效機(jī)理的試驗(yàn)驗(yàn)證245
8.5.3電池多層結(jié)構(gòu)的斷裂次序246
8.6本章小結(jié)249
本章參考文獻(xiàn)250
第9章動(dòng)力電池碰撞防護(hù)結(jié)構(gòu)252
9.1動(dòng)力電池的輕量化防護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀252
9.2電池模組結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)254
9.2.1三明治夾層結(jié)構(gòu)高度的影響255
9.2.2三明治結(jié)構(gòu)截面構(gòu)型設(shè)計(jì)256
9.3電池包結(jié)構(gòu)的碰撞安全設(shè)計(jì)260
9.3.1電池包底部護(hù)板的結(jié)構(gòu)形式261
9.3.2底部護(hù)板的聚合物涂覆設(shè)計(jì)265
9.4本章小結(jié)274
本章參考文獻(xiàn)274