单体可重构的电动汽车动力电池包结构设计-任务书+开题报告+文献摘要

毕业设计（论文）任务书学院：专业班级：姓名：学号：毕业设计（论文）题目：单体可重构的电动汽车动力电池包结构设计任务书包含以下方面的内容：（一）设计（论文）主要内容：（1）设计参数：电池容量36.5kWh,功率密度不小于200W/kg(包级)；电池为锂电。（2）电池分为包级-模组级-单体级，设计的电池包必须可拆解，单体可重组，易于可循环再利用；（3）完成动力电池包结构设计，包括单体选型，模组结构、电池包结构、壳体结构等；（4）电池包所有组件结构设计、连接方式确定；（5）开展电池包的结构强度计算和验证分析；（6）开展电池包碰撞性能分析。（7）开展电池包可拆解、可重组性分析。（二）完成的主要任务及要求：（1）设计图纸必须包含装配图和零件图，总制图量折合不少于2.5张0#图纸，其中机绘图纸量折合不少于1.5张0#图纸，且机绘图中三维图（需转为二维图）纸不得少于1张0#图纸量，所有图纸内容不得重复；（2）毕业设计说明书不少于1万字；（3）毕业设计文献检索不少于15篇，其中5篇外文，文献检索每篇不少于200字；（4）开题报告不少于1400字；（5）翻译与本专业相关的外文资料不少于2万印刷字符，译成中文不少于5000字；（6）完成一定量的编程任务，应有源程序和调试计算结果（由指导教师安排）。（7）毕业设计说明书查重全文复制比不高于30%，单章不高于35%。（三）完成任务的时间节点：1-2（7学期第19-20周）

确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集3（8学期第1周）

方案构思、文献检索、完成开题报告4～5（8学期第2-3周）

外文翻译、资料再收集6～8（8学期第4-6周）

设计计算、草图绘制（3.14开题答辩）9～11（8学期第7-9周）

图样绘制、编写设计计算说明书（论文）、（4.25中期答辩）12～14（8学期第10-12周）

图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查15（8学期第13周）

学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅图纸、说明书16～17（8学期第14-15周）

参加答辩（四）必读参考文献：1、汽车理论，机械工业出版社，余志生主编2、汽车构造，机械工业出版社，陈家瑞主编3、行星齿轮传动设计，化学工业出版社，饶振刚编著4、汽车设计，机械工业出版社，王望予主编5、机械设计手册、汽车设计手册等6、相关中外文期刊论文等。毕业设计（论文）开题报告

设计目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1研究目的动力锂离子电池的比能量可达到120~150W·h/Kg，相较于其他的动力电池，锂离子电池具有较商的比能量而且短时间的质量比功率可达1000W/Kg，因此动力型锂离子电池成为电动汽车领域研究的热点【1】。动力电池系统为电动汽车提供动力，通常动力电池系统是先由多个电池单体构成电池模块，再根据电动汽车的需求，串联或并联多个电池模块构成动为电池系统。电池单体通常是指单个电化学电芯，通过一定的机械连接和电连接，将电池单体串联或者并联组成具有大电压或者大电流的结构，称之为电池模块【2】。动力电池系统除了电池模块、电连接结构以及机械固定结构外还包括电池热管理、电池电压管理化及电池安全所需的BMS模块。本文就某电动汽车动力电池包进行结构设计以及相应分析工作，确保动力电池包满足工作要求。1.2国内外的研究现状分析随着经济社会的发展，我国从1980年左右开始研究锂离子电池，2000年左右，我国锂离子电池年产量仅为0.35亿只，远小于同期日本的产量。在国家战略上，我国将动力锂离子电池技术列为优先发展方向，并支持一些国内企业大为发展锂离子电池。深圳比亚迪、天津力神等企业在电池技术方面取得巨大进步。在电动汽车领域，万向集团将锂离子电池应用于电动汽车与混合动力汽车上，比亚迪公司与美国A123公司合作，研究电动汽车用动力电池系统，这些努力和尝试，对我国锂离子电池技术的发展有重要意义。日本是世界上较早进行锂离子电池研究的国家，日本索尼公司首先在90年代初推出了第一代锂离子电池并凭借其比能量高的特点，获得市场青睐。从2002年开始，锂离子电池逐渐应用到电池汽车以及助力转向中，随着材料技术的突破，锂离子电池安全性和比能量都有较大提高，并在电动汽车领域所占市场份额逐步提升【3】。2011款雪弗兰（Volt）电池组，该电池组主要由４个电池模块组成Ｔ型，这样便于电池组在汽车底盘的布置，每一个电池模块均由薄片型裡离子电池组成，通过母线来连接４个电池模块，保证安全【4】。2014款日产Leaf电池组采用４节电池单体串并结合的方式组成电池模块，再由48个电池模块串联成电池组的方式【5】。2014款特斯拉Models纯电动汽车的电池包结构先采用多个18650电池组装成电池包，再由单体电池包组装成电池组，最终将电池组紧凑的布置在底盘上。每一个电池单体均设置导热管路，并将导热管路与电池单体外壳进行绝缘处理【6】。每一个电池组均设置独立的BMS系统，监测电池组内部电池单体的容量、电压及温度的变化。1.3研究意义根据上诉国内外研究现状以及实际的设计应用，本次设计（论文）的目的及意义是基于设计的纯电动汽车实际需求合理设计动力电池包的结构，并完成电池包组成结构设计以连接方式确定。合理的电池包结构对确保电池的安全至关重要，在设计电池包结构时要防止电池成组时带来的一系列问题，研究电池包的结构强度，并进行计算验证；分析动力电池包的碰撞性能，确保电池组安全；并开展电池包可拆解、可重组性分析，实现电池包的循环利用，节约资源，并有利于电池拆装、更换、维修。2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施2.1研究(设计)的基本内容（1）基于电动汽车的主要性能参数以及动力电池包的参数要求，完成相应的动力电池包结构设计；（2）对所设计动力电池包进行结构强度计算分析。（3）开展电池包碰撞性能分析、可拆解可重组分析。2.2研究(设计)的目标（1）电池分为包级-模组级-单体级，设计的电池包必须可拆解，单体可重组，易于可循环再利用；（2）动力电池包的参数要求，T型布置方式，确定电池单体选型，确保符合设计要求；（3）完成动力电池包结构设计，包括模组结构、电池包结构、壳体结构，以及所有组件结构设计、连接方式确定；；（4）完成动力电池包的结构强度计算和验证分析；（5）开展电池包的碰撞性能分析和可拆解可重组分析；（6）完成电池包的三维建模，绘制相应的装配图和零件图，编写相应设计说明书。2.3拟采用的技术方案及措施随着能源短缺和环境污染问题日益突出，电动汽车的研发日趋激烈。发展电动汽车，是推动汽车产业可持续发展的重要途径。动力电池包作为电动汽车能量的主要来源，其设计的好坏直接影响了整车的性能。根据毕业设计任务书，进行纯电动汽车动力电池包的结构设计工作。（1）首先做好前期准备工作，查阅相关文献资料，了解动力电池的基本知识，明确电池包结构设计的相应要求；（2）由任务书内容，分析动力电池包设计参数，结合实际电动汽车的整车参数，主要由电池包参数，布置方式以及车身结构尺寸以及其他相关要求，完成电池单体选型工作，并确保符合参数要求，确定动力电池包的布置方案；（3）接着对电池包进行整体设计，依此完成各项结构设计，包括电池模组结构设计、电池包结构设计（成组设计）、壳体设计（电池箱结构设计）以及其他结构组件设计，并依次运用CATIA、AUTOCAD等三维建模软件进行模型建立；（4）再通过有限元分析软件（如AnsysWorkbench、HyperMesh等）对初步设计的动力电池包建立有限元模型，进行其结构强度计算和验证分析，为动力电池包的结构分析及优化奠定基础；（5）最后进行电池包碰撞性能分析和可拆解、可重组性分析。技术方案与措施框图如图1.1所示：图1.1设计路线图3．进度安排表1-时间计划表周次工作内容提交内容1～2（7学期第19-20周）确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集毕业设计任务书3（8学期第1周）方案构思、文献检索、完成开题报告文献检索开题报告4～5（8学期第2-3周）外文翻译、资料再收集外文翻译6～8（8学期第4-6周）设计计算、草图绘制设计计算草稿、草图9～11（8学期第7-9周）图样绘制、编写设计计算说明书图样、论文初稿12～14（8学期第10～12周）图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查正式图样、论文15（8学期第13周）学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅图纸、说明书毕业设计资料袋16～17（8学期第14-15周）参加答辩毕业设计成绩4.参考文献[1]赵冠宇,徐丹,冯富春.一款纯电动乘用车电池箱体的设计[J].电源世界,2015(08):42-44.[2]姜高松.某纯电动汽车电池箱结构设计分析及优化[D].湖南大学,2016.[3]刘元强.纯电动汽车电池包结构设计及特性研究[D].东南大学,2016.[4]郜效保.微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究[D].湖南大学,2016.[5]王兵.一种纯电动汽车电池包的结构设计[J].上海电气技术,2016,9(01):37-39+48.[6]孙小卯.某型电动汽车电池包结构分析及改进设计[D].湖南大学,2013.[7]王阳,宁国宝,郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[J].汽车技术,2011(7):32-35.[8]薛雯.纯电动汽车电池结构与系统的研究[D].天津大学,2016.[9]王丽娟.车用动力电池包结构CAE分析优化研究[D].南京理工大学,2015.[10]琚安建.四轮独立驱动电动车平板式电池包结构设计及分析[D].东南大学,2017.[11]AroraS,ShenW,KapoorA.Reviewofmechanicaldesignandstrategicplacementtechniqueofarobustbatterypackforelectricvehicles[J].RenewableandSustainableEnergyReviews.2016.[12]ShuiL,ChenF,GargA,PengX,BaoN,ZhangJ.Designoptimizationofbatterypackenclosureforelectricvehicle.StructuralandMultidisciplinaryOptimization[J].2018;58(1):331-47.[13]XueN,DuW,GreszlerTA,ShyyW,MartinsJRRA.Designofalithium-ionbatterypackforPHEVusingahybridoptimizationmethod[J].AppliedEnergy.2014;115:591-602.[14]PilleyS,MorkosB,Alfalahi,M.IntegrationandModularityAnalysisforImprovingHybridVehiclesBatteryPackAssembly(2018)SAETechnicalPapers,2018-April[15]LiuZ,TanC,LengF.Areliability-baseddesignconceptforlithium-ionbatterypackinelectricvehicles[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety.2015;134:169-77.5.指导教师意见指导教师（签名）：年月日

文献检索摘要1.赵冠宇,徐丹,冯富春.一款纯电动乘用车电池箱体的设计[J].电源世界,2015(08):42-44.在混合动力和纯电动乘用车领域，整车布置预留给电池系统的空间非常有限，而在有限的空间内，又需要满足整车动力性能要求、与车身结构的连接要求、与车辆连接的各类接口要求及安全性要求。这些要求都与电池箱体的设计密切相关，因此，电池箱体设计成为电池系统设计成功与否的关键环节。箱体必须具备一些基本功能，如与整车的信号通信、电源输出、增程器充电输入、维护开关设计等。在满足以上功能的基础上，箱体设计还需考虑其他设计要点：⑴防水设计，⑵绝缘设计，⑶车辆碰撞要求。并通过箱体内部器件的合理布置，箱体与车辆的机械连接，电池箱体的整体结构设计，电池箱体的表面防护等对动力电池箱体进行整体设计，最后利用CAE模拟进行电池箱结构强度模拟仿真分析。2.姜高松.某纯电动汽车电池箱结构设计分析及优化[D].湖南大学,2016.以长丰集团某款纯电动汽车电箱为研究对象，进行了以下几个方面的研究工作。首先阐述了动力电池箱设计的标准及所要满足的要求，然后根据现有的车型，运用CATIA对电池箱进行空间布置和结构设计，并运用HyperMesh对所设计的电池箱建立初步的有限元模型，为动力电池包的结构分析及优化奠定了基础。运用Radioss对动力电池箱进行静强度分析及模态分析，基于静力学和模态分析的结果，运用OptiStruct分别对动力电池箱进行了尺寸优化和形貌优化，对优化之后的结果重新进行建模及有限元分析，并与优化之前的结果进行对比分析，优化之后的电池箱在满足强度的前提下有效提高了其刚度，并且达到了轻量化的效果，证明了优化的可行性。3.刘元强.纯电动汽车电池包结构设计及特性研究[D].东南大学,2016.主要针对动力电池包的设计以及特性进行研究，本文选用NCR18650PF锂离子电池作为电池单体，设汁了从电池单体、电池包到电池系统多层次系统结构。并在此结构的基础上试制电池包样品，研究电池包的散热特性Ｗ及动力学特性。根据目标车型要求，合理设计电动汽车电池系统参数，确定单个电池包基本构架，即18个电池单体并联成电池模块，24个电池模块串联成动力电池包。电池模块及电池组进行机械结构的设计，在电池模块设计于制作中主要包括校核导电能力、单体一致性检测以及焊点检查。电池包设计过程中主要完成电池模块的固定与连接设计、电池包的散热结构设计以及电池内部的导线导电能力的校核，最终完成并制作了比能量为102.337W·h/kg的电池包。4.郜效保.微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究[D].湖南大学,2016.为某公司某一款微型纯电动汽车设计动力电池包，并在此基础上分析电动汽车的碰撞安全性，找出不合理结构并加以改进，并使之符合碰撞安全法规。主要研究电池包结构设计与分析首先阐述了电池包结构设计的相关要求，原动力蓄电池方案布置和电池包结构的不足之处。然后根据本车型的车身结构确定电池包布置方案。利用Catia软件对电池包进行几何建模，并用Hypermesh前处理软件对几何模型进行网格的划分，选择合适的单元和连接方式进行装配并根据实际情况赋予各部件相应的材料和厚度，建立电池包有限模型。最后根据汽车在颠簸路面两种典型工况和前７阶约束模态进行分析来验证所建立的电池包是否满足设计要求。基于正、侧面碰撞电池包安全性分析与优化，并提出电动汽车在正、侧面碰撞过程中存在的问题并提出解决方案，最后来验证优化结果是否满足条件。5.王兵.一种纯电动汽车电池包的结构设计[J].上海电气技术,2016,9(01):37-39+48.电池包的结构设计有很大的多样性，取决于电池的种类、形状、尺寸及车体上的放置空间等。锂离子电池的比能量和比功率都较高，在电动汽车应用方面有较大优势。软包装锂离子电池包作为一种大容量的储能装置，不但要满足整车系统的用电要求，而且要满足安全性、机械强度、振动、绝缘及阻燃性的要求，所以在进行电池包的结构设计之前，需要尽可能多地了解整车的情况及实际车辆运行的要求，对整车的状况了解越详细，设计的电源系统越完善。本文以ZKLF620车型为例，介绍了一种纯电动汽车锂离子电池包的结构设计，电池包安装于小型汽车车厢内部，高模组安装于后排车座下方，低模组安装于车厢踏板下方。电池包分为若干个小型模组，容易搬运，易于布置，方便安装与连接。6.孙小卯.某型电动汽车电池包结构分析及改进设计[D].湖南大学,2013.本文针对某型电动汽车电池包，基于虚拟实验模型，对电池包结构的动态特性以及疲劳耐久性进行分析，并针对分析结果提出相应改进建议。首先根据电池包的结构设计所需满足的相关要求建立了结构的三维实体模型，进而建立电池包有限元模型，箱体结构采用壳单元模拟，动力电池结构采用三维实体单元近似模拟，运用方法对电池包进行模态分析；基于对电池包动态、疲劳分析结果，对其结构进行改进设计。选择了新型材料，并对结构薄弱处进行改进。对修改后模型再次进行分析，结果显示，改进效果良好，已基本达到既定设计要求，验证了结构改进方案的可行性和合理性。7.王阳,宁国宝,郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[J].汽车技术,2011(7):32-35.纯电动汽车同其它形式新能源汽车相比，在技术实现上没有重大制约，且成本可以大幅降低。限制其发展的主要问题是续航能力不理想，主要适用于在城市内使用。本论文以某纯电动汽车改型工作为依托，根据该电动汽车的总体设计要求。针对纯电动汽车，根据设计要求选定永磁同步电机和动力蓄电池参数，提出了一种适用于集中电机驱动纯电动汽车的电池包设计流程，包括安全性、功能性、布置方案、总体结构、载荷分配校核、热管理、固定结构、线束、空间校核和结构有限元分析等，并利用该设计流程成功完成了电池包开发。8.薛雯.纯电动汽车电池结构与系统的研究[D].天津大学,2016.以长安M201纯电动车项目作为课题载体，研究电动汽车用动力电池系统，运用材料科学、机械设计和计算机仿真分析方法设计出满足纯电动汽车驾驶要求、充电要求的动力电池系统。主要完成的研究工作有：电池单体电芯正负极材料选择及电池结构、安全性方面优化。通过对比目前主流动力电池产业发展概况，把握行业趋势针对目前动力电池出现的问题，优化材料选择及配比原则得出最优化的材料组合搭配，从而解决电池安全性问题。总体规划电池系统的电池排布及电池模组和箱体结构设计。结构设计是其中很重要的设计环节，包括电池箱体、电池模组、高压系统布置、密封绝缘设计等。根据项目性能指标要求设计系统排布方案，设计满足相关电器要求的模组方案，对于设计出整体系统结构，利用模拟仿真软件随机振动强度，并在方案上进一步优化设计。9.王丽娟.车用动力电池包结构CAE分析优化研究[D].南京理工大学,2015.随着近年来国家对电动汽车技术的大力支持，国内电动汽车关键部件的自主研发能力的快速提升，CAE技术在电动汽车关键部件研发中的应用是缩小和赶超国外先进水平的关键。本文从模态分析、静态分析、动态分析、疲劳分析，轻量化分析等方面介绍CAE技术在电动汽车电池包结构设计中的应用，对电动汽车电池包设计开发具有指导作用。通过对结构改进前后电池箱动、静态性能的对比,确定了加强筋的优化结构，验证了电池包CAE分析的有效性，保证了电池包结构设计的安全、可靠，满足国家相关技术标准。从本文对纯电动汽车电池包CAE分析过程来看，CAE技术可以在车用电池包设计过程中对电池包的结构和性能做出预估，从而大大降低电动汽车电池包开发风险，降低开发费用，从而提高电池包的设计质量和效率。10.琚安建.四轮独立驱动电动车平板式电池包结构设计及分析[D].东南大学,2017.文章主要针对实验室目前搭建的纯电动汽车进行平板式动力电池包的开发设计。选用18650锂离子动力电池单体，搭建从电池单体、电池模块到整体电池包的系统架构，并基于此架构结合以往设计经验进行电池包的安全分析设计、平板式电池包的结构设计以及电池包散热特性方面的研究。建立电池包系统概念，分析电池包组成部件以及关键技术运用，并着重分析电池包的电气安全设计和机械安全设计。根据四轮独立驱动电动汽车整体车架结构以及整车动力性要求，设计平板式电池包先32并联后34串联的基本参数。对电池包进行串并联结构设计以及电池模块成组设计，从安全设计角度出发考虑成组过程中各元件的固定连接以及绝缘。此外，对特有的风冷散热系统各组件进行设计，使电池包内各电池单体控制在合理工作温度范围之内，并且达到温度场均衡分布。最终进行电池总装设计，使电池包整体比能量达到100.33W·h/kg。11.AroraS,ShenW,KapoorA.Reviewofmechanicaldesignandstrategicplacementtechniqueofarobustbatterypackforelectricvehicles[J].RenewableandSustainableEnergyReviews.2016.Inanelectricvehicle(EV),thermalrunaway,vibrationorvehicleimpactcanleadtoapotentialfailureoflithium-ion(Li-ion)batterypacksduetotheirhighsensitivitytoambienttemperature,pressureanddynamicmechanicalloads.Amongstseveralfactors,safetyandreliabilityofbatterypackspresentthehighestchallengestolargescaleelectrificationofpublicandprivatetransportationsectors.Thispaperreviewsmechanicaldesignfeaturesthatcanaddresstheseissues.Morethan75sourcesincludingscientificandtechnicalliteratureandparticularly43USPatentsarestudied.Thestudyillustratesthroughexamplesthatsimplemechanicalfeaturescanbeintegratedintobatterypackagingdesigntominimisetheprobabilityoffailureandmitigatetheaforementionedsafetyrisks.Furthermore,thekeycomponentsofarobustbatterypackhavebeencloselystudiedandthematerialshavebeenidentifiedtodesignthesecomponentsandtomeettheirfunctionalrequirements.StrategicbatterypackplacementtechniqueisalsodiscussedusinganexampleofNissanLEAFbatterypackagingdesign.Finally,thediscloseddesignsolutionsdescribedinthispaperarecomparedwiththeChevroletVoltbatterypackdesigntorevealthebasicmechanicaldesignrequirementsforarobustandreliablebatterypackagingsystem.在电动汽车（EV）中，由于锂离子电池组对环境温度、压力和动态机械负荷的高度敏感，热失控、振动以及车辆碰撞可能会导致锂离子电池组的潜在故障。在众多因素中，电池组的安全性和可靠性是公共交通部门大规模电气化面临的最高挑战。本文回顾了能解决这些问题的机械设计特点。超过75个来源，包括科学和技术文献，特别对43个美国专利的研究。该研究通过实例说明，简单的机械特性可以集成到电池包装设计中，以最大限度地降低故障概率并降低上述安全风险。此外，对坚固电池组的关键部件进行了深入研究，并确定了设计这些部件和满足其功能要求的材料。并以日产聆风电池包装设计为例，探讨了电池组策略性放置技术。最后，将本文所述的设计方案与雪佛兰Volt电池组设计进行比较，以揭示稳健可靠电池封装系统的基本机械设计要求。12.ShuiL,ChenF,GargA,PengX,BaoN,ZhangJ.Designoptimizationofbatterypackenclosureforelectricvehicle.StructuralandMultidisciplinaryOptimization[J].2018;58(1):331-47.Lithium-ionBatterypackwhichiscomprisedofassemblyofbatterymodulesisthemainsourceofpowertransmissionforelectricvehicles.Duringtheactualoperationofelectricvehicle,thebatterypacksanditsenclosureissubjectedtoharshenvironmentalconditionssuchastheexternalvibrationsandshocksduetovaryingroadslopes.Thiswillresultinstressesanddeformationsofdifferentdegrees.Thevehiclesafetyheavilydependsononthesafetyofbatterypackwhichinturnisdependentonitsmechanicalfeatures,suchastheabilitytoresistdeformationandvibrationshocks.Inaddition,lighterweightvehicleispreferredbecauseitcanincreasetherangeofvehicleandthelifecycleofabatterypack.Inthisstudy,adesignoptimizationmethodologyisproposedtooptimizethefeaturesofmechanicaldesign(e.g.minimizationofmass,maximizationofminimumnaturalfrequencyandminimizationofmaximumdeformation)ofthebatterypackenclosure.由电池模块组成的锂离子电池组是电动汽车动力传递的主要来源。在电动汽车的实际运行过程中，蓄电池组及其外壳会受到恶劣的环境条件的影响，如由于不同的道路坡度而产生的外部振动和冲击。这将导致不同程度的应力和变形。车辆的安全性很大程度上取决于电池组的安全性，而电池组又取决于其机械特性，如抗变形和振动冲击的能力。此外，更轻的车辆是首选，因为它可以增加车辆的范围和电池组的生命周期。在本研究中，提出了一种优化设计方法，以优化电池组外壳的机械设计特性（例如，质量最小化、最小固有频率最大化和最大变形最小化）。13.XueN,DuW,GreszlerTA,ShyyW,MartinsJRRA.Designofalithium-ionbatterypackforPHEVusingahybridoptimizationmethod[J].AppliedEnergy.2014;115:591-602.Thispaperoutlinesamethodforoptimizingthedesignofalithium-ionbatterypackforhybridvehicleapplicationsusingahybridnumericaloptimizationmethodthatcombinesmultipleindividualoptimizers.Agradient-freeoptimizer(ALPSO)iscoupledwithagradient-basedoptimizer(SNOPT)tosolveamixed-integernonlinearbatterypackdesignproblem.Thismethodenablesmaximizingthepropertiesofabatterypacksubjectedtomultiplesafetyandperformanceconstraints.Theoptimizationframeworkisappliedtominimizethemass,volumeandmaterialcosts.Theoptimizedpackdesignsatisfiestheenergyandpowerconstraintsexactlyandshows13.9–18%improvementinbatterypackpropertiesoverinitialdesigns.Theoptimalpackdesignsalsoperformedbetterindrivingcycletests,resultingin23.1–32.8%increaseindistancecoveredperunitofbatteryperformancemetric,wherethemetriciseithermass,volumeormaterialcost.本文概述了一种混合动力汽车用锂离子电池组的优化设计方法，该方法采用了混合数值优化方法，该方法结合了多个单独的优化程序。为了解决混合整数非线性电池组的设计问题，将无梯度优化器与基于梯度的优化器相结合。这种方法能够最大限度地提高电池组在多重安全和性能约束下的性能。优化框架的应用，最大限度地减少了质量、体积和材料成本。优化的电池组设计完全满足能量和功率限制，与初始设计相比，电池组性能提高了13.9-18%。最佳电池组设计在驾驶循环试验中也表现得更好，从而使每单位电池性能指标覆盖的距离增加了23.1–32.8%，其中该指标为质量、体积或材料成本。14.PilleyS,MorkosB,Alfalahi,M.IntegrationandModularityAnalysisforImprovingHybridVehiclesBatteryPackAssembly(2018)SAETechnicalPapers,2018-AprilThelithiumionbatteryisoneofthekeytechnologiesofelectricandhybridvehicles.Thoughtheelectricvehiclesposeapromisingsolutiontoconventionalvehicles,thehighcostandweightofthebatterypackagemakestheelectricvehiclelesscompetitiveinthemarket.Asthecurrentresearchersfocusonmakingthebatterypackmoreaffordable,anapproachcanalsobemadeinmodularizingandspeedinguptheassemblyprocessofthesebatterypacks.Therefore,thispaperfocusesonachievingasmaller,lighterandlessexpensivebatterypacksuitableforglobalproductionusingDesignforAssembly(DFA)principle.TheapproachincludesconsideringabatterypackofAudiQ5asacasestudyandstudyingitsassemblysequences.DFAprincipleswouldbeappliedtotheassemblydesign,tosimplify/reduceitscomponentsthroughpartintegration,andmakingrecommendationstomodularizethedesignsothatsimilarassemblyprocessescanbeusedforvarietyofbatteryrequirements.锂离子电池是电动汽车和混合动力汽车的关键技术之一。虽然电动汽车是传统汽车的一个有前途的解决方案，但电池组的高成本和重量使电动汽车在市场上的竞争力降低。随着目前研究人员的重点放在使电池组更便宜，也可以在模块化和加快这些电池组的组装过程中采取一种方法。因此，本文的重点是实现一个更小，更轻，更便宜的电池组适合全球生产使用的设计为装配（DFA）的原则。该方法包括以奥迪Q5电池组为例，研究其装配顺序。将DFA原则应用于装配设计，通过零件集成简化/减少其组件，并提出模块化设计建议，以便类似的装配过程可用于各种电池要求。15.LiuZ,TanC,LengF.Areliability-baseddesignconceptforlithium-ionbatterypackinelectricvehicles[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety.2015;134:169-77.Batterytechnologyisanenablingtechnologyforelectricvehicles(EVs),andimprovingitssafetyandreliabilitywhilereducingitscostwillbenefititsapplicationtoEVs.Inthispaper,amethodonthedesignandanalysisoflithium-ion(Li-ion)batterypackfromthereliabilityperspectiveispresented.Theanalysisisbasedonthedegradationofthebatterypack,whichisrelatedtothecellsconfigurationinthebatterypackandthestateofhealth(SOH)ofalltheLi-ioncellsinthepack.UniversalGeneratingFunction(UGF)techniqueisusedforreliabilityanalysis.Asaddingnewbatterycellstothebatterypackintheproductionprocesscanimproveitsreliabilitybutitalsoincreasescost,tradeoffbetweenthenumberoftheredundantbatterycells,theconfigurationoftheredundantcellsandtheirreliabilityisinvestigatedinthiswork.电池技术是电动汽车的一种使能技术，在降低成本的同时提高其安全性和可靠性，将有利于电动汽车的应用。本文提出了一种从可靠性角度对锂离子电池组进行设计和分析的方法。分析基于电池组的退化，这与电池组中的电池配置和电池组中所有锂离子电池的健康状态（SOH）有关。可靠性分析采用了通用生成函数（UGF）技术。由于在电池组的生产过程中加入新的电池组可以提高电池组的可靠性，但同时也增加了成本，因此本文研究了冗余电池组的数量、冗余电池组的配置及其可靠性之间的权衡。

电动汽车动力电池组的机械设计与布置策略技术综述ShashankAroran,WeixiangShen,AjayKapoorFacultyofScience,EngineeringandTechnology,SwinburneUniversityofTechnology,Hawthorn,Victoria3122,Australia摘要在电动汽车（EV）中，由于锂离子电池组对环境温度、压力和动态机械负荷的高度敏感，热失控、振动或车辆碰撞可能会导致锂离子电池组出现潜在故障。在众多因素中，电池组的安全性和可靠性对公共和私人交通部门的大规模电气化提出了最高的挑战。本文回顾了能够解决这些问题的机械设计特点，并研究了超过75个资料，包括科学和技术文献，特别是其中43项美国专利。该研究通过实例说明，简单的机械特性可以集成到电池包装设计中，以最大限度地降低故障概率并降低上述安全风险。此外，对坚固电池组的关键部件进行了深入研究，并确定了设计这些部件和满足其功能要求的材料。并以日产聆风Nissanleaf电池包设计为例，探讨了策略性电池组放置技术。最后，将本文所述的设计方案与雪佛兰Volt电池组设计进行比较，以揭示稳健可靠电池封装系统的基本机械设计要求。引言锂离子电池以其高功率、高能量密度和长循环寿命成为纯电动汽车的首选车载电源[1]。然而，它们同样也对环境温度、振动和压力等因素的变化十分敏感。需要控制电池温度和电池组工作环境，以最大限度地提高其能量容量。建议电池温度必须保持在50°C以下才能安全运行[2,3]。还应抑制蓄电池组的振动频率，以避免在车辆悬架系统和弹簧质量的典型固有频率（0至7Hz）、车辆动力总成（即传动系和变速箱）的振动频率（7Hz至20Hz）和车辆底盘系统的振动频率（20Hz至40Hz）下发生共振[4–6]。与设计边界的边际偏差会影响电池组的循环寿命。它还可以启动一系列不受控制的放热反应，导致冒烟或有毒气体的释放，以及导致过早失效、火灾和爆炸的高压事件的发展。这些边缘偏差可能是由于电池组过热或物理滥用造成的，包括刺穿或挤压电池组[2,7–9]。这些失效行为是电动汽车发展初期锂离子电池组的显著特征。许多次迫使原始设备制造商（原始设备制造商）从市场上撤回他们的产品。2002年，EVGlobalMotorsCompany收到了关于电动自行车中有五起锂离子电池过热的报告。其中三种情况下，电池组会被卡住。随后，他们通过美国消费品安全委员会宣布召回2000个锂离子电池组[10]。2011年[11]美国国家公路交通安全管理局（NationalHighwayTrafficSafetyAdministration）进行碰撞安全测试时，通用汽车公司还召回了在美国销售的约8000辆雪佛兰Volt。最近，在密歇根州通用汽车测试厂的一辆锂离子电池组发生爆炸，五名工人立即寻求医疗救助[12,13]。特斯拉汽车公司还收到负面宣传，原因是道路碎片穿透了特斯拉S型电池组并导致了火灾[14,15]。尽管电动汽车的大型电池组的安全性正在不断提高，但普通消费者和原始设备制造商仍然担心电动汽车在正常使用和非预期滥用期间发生的事故[1,16]。因此，对锂离子电池的安全性有了严格的规定。表1列出了与汽车蓄电池组包装设计和性能测试相关的各种SAE标准[17]。然而，在正确理解锂离子电池组的行为并回答有关其可靠性的问题之前，私人和公共交通部门的大规模电气化似乎是不可能的[18,19]。研究提高锂离子电池组安全性和可靠性的设计特点具有十分重要的意义。本研究的重要意义在于，国际标准SAEJ1797《电动汽车电池模块包装推荐作法》仅适用于铅酸、镍镉和镍金属氢化物电池的包装设计，而不适用于锂离子电池组[20]。表1汽车蓄电池组机械设计的SAE标准据报道，在影响锂离子电池组可靠性的几个因素中，在制造过程中可能会出现许多这些因素。最重要的是化学因素，如杂质和浓度，以及连接程序，即材料加工和细胞封闭，无论是密封的还是卷曲的[21]。另一份报告认为，在电池组运行的长期环境条件下，如环境温度、压力、机械和热冲击、机械振动，对电池的可靠性有重大影响。本报告还提供了一些通用电池组装指南[22]。另一项研究指出，电动汽车中锂离子电池组的性能在很大程度上取决于通常不受控制的环境操作条件，因此无法根据实验室实验进行评估[23]。另一方面，最近的一项研究表明，电池温度也会影响锂离子电池组的可靠性和循环寿命[24]。尽管不同的小组对导致锂离子电池组不可预测行为的因素持有不同的看法，但大多数发表的工作都集中在为锂离子电池开发稳定的电解质、新的和安全的电极材料以及热管理解决方案上。一个经常被忽视的领域是电池组外壳坚固的机械设计对其可靠性的贡献。一组研究人员对商用锂离子电池中的传统安全装置进行了审查，但他们的工作仅限于单电池[25]。本文综述了电动汽车大电池组的安全特性。一个强大和可靠的电池包装设计需要解决几个设计问题有关热失控，振动隔离和碰撞安全在电池级和模块级。在每一个这样的水平上，都需要限制电池组之间的相对运动，以消除电池组的潜在故障。将电池组战略性地放置在电动汽车上也可以提高电池包装设计的有效性，以解决上述问题。以下部分将提供由不同专利公开的简单机械特性示例，这些特性可以集成到电池包装设计中，以使其可靠并减轻这些严重的安全风险。此外，表2中还提供了一份全面的专利清单，重点关注稳健电池组设计的关键问题。热失控热失控是放热连锁反应的开始，其中电池开始以大于0.2°C/min的速率自热[26]。过多的热量产生导致自热率进一步增加，最终形成电池组的化学成分自燃。经历热失控的电池通常会释放大量由碳氢化合物蒸气形成的气体、流质材料喷射物和足够的热量，以破坏其附近的材料[21]。热失控可由电池内部短路、物理滥用、制造缺陷或电池暴露在极端外部温度下引起[26–28]。值得注意的是，即使加热电池没有处于热失控状态，它仍然可以排放易燃气体[29]。然而，只有当热气体从电池组的边界逸出后，任何财产损失和人身伤害的风险才变得明显。这里的控制因素是热气体中可燃碳氢化合物的自燃温度（AIT）。只要将气体材料配置到电池组中，AIT就保持相对较高的水平。然而，一旦气体膨胀并与周围大气中的氧气接触，它会显著降低，可能导致其自燃。正是在这一时刻，财产和车辆乘客，或试图控制事件的人的风险大大增加。此外，当电池组中的电池进入热失控状态时，相关的压力升高可能导致电池组外壳的灾难性故障。因此，必须在电池组中至少包括一个设计为在预定压力下发生故障的故障点，以避免出现未知故障点的风险，该故障点可能对车辆及其乘客造成重大威胁。缓解这些风险的一个方面是控制热失控事件所伴随的热烟气和流质物质释放的位置。另一个方面是控制电池组区域之间的热相互作用，从而避免单个热失控事件扩散到整个电池组[30]。表2专利中披露的稳健电池包装设计的关键设计解决方案2.1隔热与热失控有关的温度升高可能导致安装支架靠近电池区域，发生热失控，熔化或蒸发。因此，蓄电池可能不再牢牢地固定在原来的位置。当受影响的电池单元/模块移动时，电池组件之间的间距可能会减小，从而降低对热失控传播的阻力。电池单元/模块的移动也可能危及电池组冷却系统，从而进一步增加热失控传播速率。最后，应该注意的是，如果受影响的单元/模块移动得很顺利，它可能会停在相邻的单元/模块上。如果是这样，两个区域之间的热传递过程将从辐射和对流转变为辐射、对流和热效率更高的传导过程的组合。此外，在使用堆叠式电池配置（即垂直排列在另一层上的电池单元层）的应用中，一旦支架开始熔化和/或蒸发，重力可能会加速顶层的移动。因此，重要的是限制电池单元或模块在发生热失控时的移动，以将热失控传播的风险降至最低。2.1.1在模块级美国专利第8663824号公开了一种设计，其中电池组通过横梁被划分为多个电池组隔室。如图1所示的包装设计包括一个中央电池组部件，该部件将左右隔室分开，并为电源和数据线的运行提供了方便的手段[31]。按照这种设计，每个隔间只包含一个电池模块。图1电池组及电池模块在设计中，下横梁和上横梁提供了一种简单的方法，通过捕获模块安装偏差，将模块定位并固定在电池组内。因此，在模块和电池组的顶部和底部表面之间形成一个空气空间。这个空气空间确保两个相邻的电池模块之间不会发生传导热交换。2.1.2在单体级间隔棒组件包括多个相互独立和分离的刚性间隔棒。这些可以配置为在电池模块的相邻电池之间进行配置，以确保每个电池保持在其预定位置。刚性垫片可以摩擦或粘合到位。一般来说，为集成在电池安装支架内而选择的间隔组件取决于电池组内使用的电池的类型和形状。美国专利8481191提供了一种用于电池组中圆柱形电池的间隔组件的设计，如图2[33]所示。每个间隔垫圈的高度在整个蓄电池高度的1%到5%之间。由于电池间隔棒的主要功能是在热失控期间保持电池固定到位，为了节省质量并获得更高的电池组的特定能量（Wh/kg），图3所示的带有上间隔棒和下间隔棒的一对更小的间隔棒比从C的顶部到底部运行的一个长间隔棒更好。埃尔斯[33]。尽管只能使用一个垫片，例如靠近电池顶部或底部或靠近电池中心的垫片，但不建议使用一个垫片，因为它仍然允许一些移动。此外，棱柱形电池应保持在一定的结合压力下，以防止电池绕组的内部弹簧力膨胀和损坏自身，从而降低电池寿命。电池间隔棒在电池侧面形成了有效的结合，而不会覆盖电池表面的太多区域，从而使冷却变得无效。图2带有电池间隔片的圆柱形电池单元组件美国专利第8709644号公开了适用于带有棱柱形电池组的电池间隔器设计。这种设计中的垫片适用于筒状护圈的几何结构。间隔棒组件包括肋支撑和连接在它们之间的多个绝缘肋。它们一起形成口袋，用来装电池。本专利所公开的电池间隔棒还包括顶部和底部，以防止垂直移动。此外，肋骨在Z方向交错排列，以便于使用简单的单向工具。它提供了一个自我配合的设计，并消除了两个不同的模具的需要，从而降低了制造成本。图3使用刚性隔套组件的替代策略肋条支撑着一个电池，当它放在固定器袋中时，它限制了电池的任何运动。它们还为肋支撑提供了一个分布的承重表面，并为加热或冷却气流提供了一个汇聚入口和分流出口。流体入口和出口呈抛物线形，以尽量减小冷却流体从电池前后的不同横截面间隙流出时的压降。电池隔片还包括在隔片盒袋的顶部内侧的成型卡扣功能。例如，当电池完全位于墨盒袋底部时，卡扣功能会将电池锁定到分离器中。因此，卡扣可防止电池在搬运过程中从垫片顶部滑出[34]。2.2出口点热气体的出口点由一个或多个排气喷嘴控制，这些排气喷嘴设计为在电池热失控事件期间打开。喷嘴的位置应能将气流和材料引导至远离乘客舱的方向，以及任何可能因溢出的热液而受伤的位置，从而将车辆损坏和相关安全风险降至最低。美国专利第8663824号公开了一种这种排气喷嘴组件的设计。为了防止任何污染物（如道路碎片和湿气）进入蓄电池组，在车辆正常运行期间，喷嘴密封件保持喷嘴关闭。将破裂压力在0.5–1.0psi范围内的压力平衡阀（即远小于热失控事件期间遇到的压力）集成到排气喷嘴中，以提供处理非热事件（例如，由于车辆高度变化）引起的压差的方法。电池组配置中包含中空结构元件，用于引导热气体和材料从经历热事件的电池流向排气喷嘴。在正常操作期间保持排气喷嘴关闭的喷嘴密封由螺母固定在其位置。在热失控期间，电池组外壳内的压力和温度都会升高。最终，螺母会熔化和/或发生类似变形，从而使包装外壳内的压力迫使喷嘴密封件脱离喷嘴。然而，由于喷嘴及其安装组件由高温材料（如钢或陶瓷）制成，因此它们不会受到温度升高的影响，并继续引导热气朝着尽量减少任何人身损失或财产损失的方向流动[31]。在专利和图4所示的配置中，电池室是穿孔的。在热失控事件中，电池单元内产生的气体物质通过这些孔进入电池组中空导轨内形成的空腔。然后，气体通过导轨流向排气喷嘴，从那里将气体从电池组中释放出来。图4电池组系统排气尽管美国专利8663824中提出的设计在最大限度地降低热失控风险方面非常有效，但通过其公开的排气喷嘴设计排出的热气体仅取决于从电池释放的热气体产生的压力。因此，当只有有限数量的电池处于热失控状态时，热回流产生的压力可能不足以破坏喷嘴密封。在这种情况下，热气体不会从电池组中排出。不知何故，积聚的热量可能流入其他电池室，增加了热失控事件在整个电池组中传播的可能性。美国专利8642204提供了一种高可靠性电池组，即使电池释放的气体量很小，也能排出高温气体。在这种设计中，电池组由装有减压阀的电池单元组成，减压阀在一定压力下打开，释放电池产生的气体。泄压阀大致位于纵向外周部分的中点，在这里形成电池的一对层压薄膜被热密封。它们通过在预先确定的压力下打开层压薄膜的热密封部分来释放气体。然后，从电池释放出来的热气体通过气体排放孔排放到排气管，排气管将其输送到外部环境。在这种布置下，排气管具有多个气体入口和至少一个空气入口。进气与冷却气流通道相连，并吸入一小部分冷却气流。排气管引导冷却空气流过内部通道，并将其排放到外部环境中。通过空气入口吸入的冷却空气在排气管中产生正压力，并在排气管中开始空气循环。因此，当电池释放出的热气到达排气管时，它会随冷却气流立即排放到外部环境中。这种正压确保高温气体不会长期留在电池组中，从而提供高度可靠的电池组[35]。然而，在电池组已经安装到车辆上之后，将气体放电装置安装到电池组上可能是增加成本的原因。关于这一点，美国专利8679662公开了一种电池组件设计，该电池组件具有集成气体放电机制，包括排气管和排气口，用于确定从电池到车辆外部的气体排放通道。所述通气管包括具有近端和远端的柔性软管。近端与外壳相连，接收可能从电池中排出的任何排放物。通风孔通过形成在地板中的通风孔将管的远端连接到车身外部。密封垫用于将通风孔密封到地板上。虽然电池组件的质量提供了足够的夹紧载荷，但建议使用紧固件压缩垫圈并保持密封。集成设计消除了装配过程和质量检验（如目视、扭矩或压力测量）的多余劳动力成本，从而降低了总系统成本[36]。隔振传统的电池组结构不能隔离不良振动传递到组装好的电池单元[37]。因此，从车辆顶部传输到安装在车辆上的蓄电池组结构的振动频率可以大约等于或小于100Hz[38]。因此，电池组中的终端连接器和母线等电气子系统上会产生动态机械负载，这会影响外壳的电气连续性损失和疲劳故障。事实上，电气和电子子系统缺乏适当的隔振被认为是电池组在市场上出现耐久性故障的主要原因[4]。然而，当电池结构的固有频率在100Hz的频率范围内时，会出现比失去电连续性更严重的问题。共振导致电池单元元件之间发生层间分层，形成电池单元的各层彼此分离，这是电池循环寿命缩短的主要原因之一[39]。3.1电池组结构/安装架当车辆与路面接触时，低频的连续垂直振动输入就被传送到车辆上。此外，在凹凸不平的表面上行驶，如孔、平交道口或桥梁桥台，会产生引起垂直振动的冲击。此外，横穿不平的路面会产生横向力，同时在车辆启动和停止或倒车时会遇到纵向冲击。尽管沿Z轴（即垂直方向）的振动被认为是最严重的，但必须提供垂直和横向支撑，以实现电池组外壳内电池的稳定。为此，通常在电池组的顶面施加压缩力。美国专利7507499阐述了一种通过使用盖垫托盘固定装置来稳定电动汽车电池组的设计。该设计包括四根梁，通过四个连接件以直角相互连接，形成矩形框架结构。每个横梁与蓄电池组的四个侧面之一接合。车架和蓄电池组之间的正极连接通过张紧螺栓保持。该装置使用两种类型的缓冲垫：flat和L形，以吸收振动并防止模块沿Z轴相互移动。L形减震垫放置在每个角接头附近。它们靠在框架结构上，在拐角处提供相对较小的压力区域，并将电池组的单独电池模块横向推向另一个；而缓冲垫位于相邻电池模块正面侧面的上下角。可以用螺栓固定在车辆结构的一部分上的托盘为蓄电池组提供支撑。装配框架后紧固张紧螺栓，使梁在纵向和横向（即沿X轴和Y轴）上紧靠角垫，以向彼此挤压电池组的电池模块。紧固螺栓也会压缩各个蓄电池模块之间放置的减震垫，使它们彼此相对静止。图5展示了专利中定义的设计的透视图[40]。图5紧凑型电池组设计采用的框架布置透视图在设计中，小电池组被打包在一起形成一个较大的电池组。固定中央电池组的框架位于外部框架的顶部表面，因此中间的电池组不会与托盘表面直接接触。中央框架的梁用螺栓固定在外部框架上，使其成为单一结构，而外部框架的梁可以夹紧或用螺栓固定在托盘上。浅U形支架从每个外框架的梁伸出，外框架与盖子相连。美国专利8642204还提供了电池组设计，其中空心结构构件与电池组的表面相邻。它通过密封部分接触电池模块单元，并作为对电池模块的支撑。中空结构件吸收或减弱传播到电池单元的任何振动，并保护电池模块免受不良振动的不良影响。此外，当车辆以最大抓地力运行时，在几乎没有或几乎没有振动传递的情况下获得最佳的行驶质量，当所有轮胎均加载时，获得最大抓地力。美国专利8561743公开了电池安装结构的细节，该结构有助于在保持低重心的同时实现车辆的均匀重量分布。在本设计中，电池组件包括电池安装架、外壳、电池模块、线束、开关盒、接线盒和控制单元。如图6所示的设计使用矩形安装框架。它被焊接到车架上的梁分为前后两部分[41]。此外，梁构件将前部分成两个相等的矩形区域。在两个前矩形区域中，电池以垂直方向布置，使长边朝向横向，短边朝向车辆纵向，而后矩形区域中的电池以使最短边朝向车辆运输车。SE方向。因此，安装在后部的电池组的重量基本上等于安装在两个前柱中的电池组的总重量。随后，蓄电池总成的重心位于车辆横向和纵向上同一组蓄电池中心的交叉点周围。该点位于车辆图形中心的后部，考虑到电动机、蓄电池充电器和逆变器安装在前舱内，因此最好在前后方向上保持车辆的重量平衡。这种配置的一个明显优点是安装架可用于各种类型的车辆。这意味着，即使车辆座椅的布局发生了变化，也可以通过简单地修改组中电池组的数量来实现最佳的重量分布，从而实现振动隔离，而不必对电池安装架的尺寸进行重大更改。这种配置的另一个好处是，制造商越来越可能从这种设计的规模经济中获益，并保持系统的总体成本相对较低。图6电池安装架透视图3.2电极端子在电池组中，连接件（如母线）要么用螺栓固定，要么焊接到电池的电极端子上。但是，在一段时间内，螺栓通常会松动，焊接结构可能会由于传递的振动而产生裂纹。因此，电池组中的电气连接在其循环寿命内无法可靠地保持。美国专利8580427公开了一种电池组的设计，该电池组能够长期保持其电气连接。在本设计中，电极端子由弹性变形导电材料制成，呈锥形柱状，宽度从前端逐渐减小至电池容器。此外，通过沿圆周方向切割凹槽，将前端的一部分分割为多个部分。这使得电极端子很容易插入连接件的通孔中。由于每个电极端子和通孔形成锥形柱状，可以防止电极端子与连接件分离。此外，电极端子设计成包括一个从设置在电极端子前端的底座突出的固定构件。突出部分插入槽中并锁定在连接件上。由于突出部分加宽了槽的宽度，电极端子压在连接件通孔的内周面上，电极端子和连接件可以更可靠地保持连接。铍铜和6000系列铝合金是可弹性变形的导电材料的一些例子，可用于制造电极端子，而母线是可使用导电材料（如铜）制造的板形构件。耐碰撞性车辆总重量比小于等于4536kg的电动车辆必须符合联邦机动车辆安全标准（FMVSS）305中关于前、后和侧面碰撞时电解液溢出和蓄电池模块保留的指示。SAEJ1766中规定的电解液溢出规定也已更新，以符合FMVSS305和国际法规要求[42]。为符合本标准的规定要求，安装在电动汽车座位区附近的电池组必须保持完整性，以防碰撞时产生足够的动能，从而至少压碎安装电池托盘的一部分地板。4.1尾部撞击美国专利7070015公开了一种电池安装系统，该系统通过在后碰撞期间将电池动态移出破碎区，以有效的方式保持电池组的完整性。系统使用运动转换器将电池组旋转至与地板不平行的不同位置，如图7所示，其中电池极不可能因随后挤压车辆地板而受损[43]。图7电池托盘重新定位运动转换器包括一个固定在电池室地板上的第一个斜面和一个包含一部分电池托盘的第二个斜面。在撞击过程中，地板的轴向变形导致第一个斜面滑动并与第二个斜面接合，从而提升并启动电池托盘沿远离地板的方向旋转。此外，斜坡的设计应确保第一个平面与第二个平面接合时，地板的最小预定变形是必要的。安装系统还包括一个约束构件，该约束构件包括一个柔性构件或从隔间地板延伸至电池托盘的隔板。约束构件阻止蓄电池托盘旋转超过预定位置，从而防止其撞击客舱。此外，电池通过导线进行电气连接，导线的长度使电池弯曲，以适应电池动态移动至隔间内的不同平面[43]。4.2侧面碰撞侧面碰撞对车辆安全工程师来说是一个特别具有挑战性的问题，原因有两个：许多小型车辆上的踏脚板位置相对较低，并且在考虑车门和门口的情况下，难以实现抗冲击侧结构。美国专利8702161提供了一种用于车辆的能量吸收和分配侧面碰撞系统。如图8所示，该系统包括一对可折叠侧梁总成和多个蓄电池组横梁，以达到所需的车辆侧面碰撞阻力[44]。根据设计，蓄电池组外壳从前到后悬架的尺寸和从车门槛板到车门槛板的整个车辆宽度通过机械方式连接到左侧和右侧门槛。电池组横梁的数量随电池组中要封装的电池模块的数量以及电池组的结构特性要求而变化。图8吸能门槛嵌件的详细横截面图一般来说，空心横梁是利用空心结构的高强度重量比。但是，应注意的是，配置和用于横梁的材料都取决于放置位置，并可能随其变化。例如，位于电池组中心的横梁比其他横梁厚，以在用于座椅安装总成的区域提供额外的强度[44]。此外，在配备风冷电池的电动汽车中，由于风道的横截面积较大，因此，为电池组件提供横撑所需的最小包装空间。美国专利8276696展示了一种包装设计，其中对空冷电池的入口/出口管道进行了改装，并将其作为结构构件进行了uti认证，以提高电池组的抗冲击性。根据设计，强制通风系统包括一个向蓄电池提供空气的进气管和一个用于引导蓄电池和风扇排出空气的排气管。其中至少一个管道被配置为结构构件，以提供结构支撑并保护电池组件。延伸在车辆两侧之间的管道装置连接到每侧的减震塔上，为蓄电池总成提供支撑和保护。传统上由塑料制成的导管，可以由钢、铝、碳纤维或任何其他适用于电动汽车的材料制成。由于使用的零件较少，它还提供了更有效和紧凑的包装解决方案[45]。换言之，能量密度（wh/l）方面的效益可以通过这种设计实现，但需要在特定功率（w/kg）和系统成本方面做出折衷。4.3正面碰撞在发生正面碰撞的情况下，电动汽车的正面构件吸收了很大一部分的冲击能量。它们通过控制冲击能量传输到其他车辆结构，将车辆损坏或任何乘客伤害降至最低。然而，电动汽车比传统的内燃机车有更高的车身重量。因此，需要增加前纵梁的强度，以吸收额外的动能，从而进一步增加电动汽车的车身重量。附加重量会影响车辆的稳定性、机动性和电池性能（以英里/加仑或等效物计）。USPATENT8424960披露了一种电动汽车前轨配置结构的设计，其中大型电池组集成在车架中。图9提供了根据专利[46]与前冲击载荷路径相关的关键部件的透视图。本发明公开了一种轨道结构，包括一对多边形多壁通道轨道，所述多壁通道轨道纵向延伸并沿宽度方向间隔开。多壁通道在相对较轻的结构中提供强度和刚度，从而将其对电池特定功率的影响降至最低。每根导轨的前端通过机械方式连接到保险杠上，另一端通过安装螺栓、螺母和螺母护圈通过车门槛板连接到扭矩箱上。为了简化装配并随后降低制造成本，使用内部特征将护圈定位在车门槛板内。在设计中，每个轨道的端部和车辆的保险杠之间插入一个挤压罐。然后将其与轨道的上部通道对齐，从而直接将前冲击载荷从保险杠传递到顶部轨道通道。另一方面，当降低轨道段的中性轴时，较低的轨道通道增加了每个前轨道的承载能力。因此，在前碰撞过程中，车辆的前轨将冲击能量传递给挤压罐，挤压罐通过吸收部分或全部能量（取决于冲击力）响应倒塌[46]。图9主要和次要正面冲击载荷路径相关的主要部件透视图电池组的材料选择电池组的材料在减轻行驶条件下的热冲击、机械振动和其他外部负载方面起着重要作用。因此，选择合适的材料以满足坚固可靠的电池包装设计的功能要求至关重要。电池组外壳（即电池组侧梁和底部构件）最好由轻质金属（如铝或铝合金）制成。金属外壳确保了支撑电池组件重量所需的刚性或坚固性。此外，金属外壳可以充分承受电池组暴露在高温和高压条件下。此外，由于金属具有较高的热导率，电池的热管理将更容易。表3给出了各种电动汽车电池组外壳所用材料的一些示例。表3各种商用车电池组外壳材料电池组盖或顶部构件应由具有电绝缘和高散热性能的材料制成。电池组外壳和盖子所用的材料也应化学稳定，不应与任何电池组件发生反应。电池组中的下一个关键部件是用于限制电池在热失控过程中移动的刚性间隔棒组件。间隔棒所用材料的质量相对较低，这一点至关重要，从而将其对整个电池质量的贡献降至最低。所选材料还应具有电绝缘性，且导热系数相对较低，从而确保其不允许受影响的电池和相邻电池之间发生任何热能交换。高温垫片最好由可压缩材料制成。使用可压缩材料可确保受影响电池附近安装支架的熔化或蒸发不会影响电池的位置。所需的压缩性程度将取决于电池安装支架的刚度，因为电池移动的灵活性越高，使用可压缩垫片就越重要，以便能够在电池之间正确定位。可以满足这些要求的材料包括氧化铝基布和毡、芳纶纸和玻璃纤维布，这些布最好涂有硅树脂、丙烯酸、蛭石、石墨或聚四氟乙烯（PTFE）。冷却液或散热部件也是电池组不可分割的一部分，选择合适的材料至关重要，因为有效的散热对电池寿命至关重要。可作为散热构件考虑的材料应具有良好的导热性和吸振性能。导热系数在0.1–450w/mk范围内的材料通常被认为是设计散热部件的材料。因此，可以通过将吸振材料分散到具有散热性能的基材中来形成散热部件。由于碳因其高阻尼特性而被公认，任何将碳过滤器分散到树脂中的材料都具有优良的导热性和高吸振性能。减震垫需要提供足够的摩擦力，以消除Z轴上的任何移动，即垂直方向；因此，减震垫应由防滑材料制成。它们还应该具有足够的弹性来吸收振动冲击和尖峰冲击。适用于减震垫的材料是塑料，如尼龙、RTM、聚苯砜或聚二环戊二烯。任何化学性质稳定并能抵抗高温气体的材料都可以用于排气管道。例如，排气可以由树脂材料、弹性材料（如橡胶基材料）或这些材料的组合形成。这些材料使排气管的结构更轻。同样，排气喷嘴和用于将喷嘴连接到电池组外壳的装置由耐高温材料（例如钢或陶瓷，例如氧化铝、氧化铝、二氧化硅、氧化铝、碳化硅等）制成。对于密封部分或垫圈，密封部分最好由弹性构件或具有高变形性和防潮性的材料形成。另一侧的O型环应采用耐高温材料制成，如氟橡胶、硅酮或氟硅酮材料、氟橡胶或特氟隆。电池安装支架选