行业背景与技术趋势
锂离子动力电池是新能源汽车的主要动力源，具有高比能量和长寿命优势。轻量化和安全性是决定动力电池性能和环境适应性的关键因素。锂离子动力电池的安全性主要面临高低温和高倍率充放电等复杂工况下的适应性挑战。
动力电池综合性能评价标准及其主要影响因素
- 轻量化：对车辆性能具有极其重要的影响，涉及新材料应用、结构优化设计和轻量化新工艺。
- 新材料应用：高强度钢板、铝合金、复合材料（如PDCPD）等，可有效降低电池系统自重。
- 结构优化设计：通过CFD软件进行仿真，实现电池包零部件的精简、整体化和轻质化。
- 轻量化新工艺：热压成型、液压成型、内高压成型、激光拼焊等，提高生产效率并降低重量。
- 安全性：电池安全运行区域由电流、温度和电压确定，温度过高易导致电池热失控和自燃。
电池系统轻量化设计
- 轻量化途径：新材料的应用、结构优化设计以及轻量化新工艺。
- 新材料应用：铝合金压铸铝箱、复合材料上盖等，显著降低重量。
- 结构设计优化：通过CFD软件进行仿真，优化应力分布，满足刚度和强度要求。
- 轻量化新工艺：冲压、板材温冲压、型材挤压和结构件铸造等，提高生产效率并降低重量。
- 应用案例：PDCPD材料相比钢材壳体减重10%-30%，复合材料上盖轻量化效果明显。
电池系统安全性设计
- 热管理系统：
- 技术途径：基于单体热电耦合一维产热模型建立三维热传输模型，通过结构参数敏感性分析探讨关键特征结构参数的影响。
- 部件选型：通过CFD分析研究不同冷却形式（自然冷却、风冷）的电池包温度分布，实现温度控制。
- 电池组热特性分析：通过层次分解耦合单体参数化模型，建立电-热-流多层次耦合模型。
- BMS设计开发：
- 技术途径：分析热管理系统构形对电池组动态热特性的影响，建立动态热响应及时滞效应预测模型。
- 集成与实验验证：通过电池台架热管理试验和实车高温试验，实现电池温度控制在48°C以内。
热失控防范技术
- 电池单体热特性分析：
- 产热建模：通过Bernardi方程确定产热率，目前产热研究主要集中在等效内阻的研究。
- 传热建模：电池单体内部层状结构和浸润性导致的导热系数各向异性特性是影响单体传热过程的关键因素。
- 电池单体参数化建模仿真验证：
- 技术途径：内阻与产热率测算结合稳态VI与瞬态IC方法，导热系数等热物性参数测算结合电池加热、时域热模型和优化算法。
- 实验验证：通过热失控试验验证，电池温度曲线符合模型趋势。
- 电池热失控预警模型建立：
- 技术途径：根据仿真和实验数据建立热失控预警模型，应用控制算法早期探测电池热失控迹象。
- 电池热失控灭火系统设计：
- 技术途径：将电池异常早期探测模块和联动灭火装置安装在电池仓或电池箱内，发现热失控迹象立即灭火。
- 系统选型：灭火系统由探测控制器和灭火器组成，包括各类传感器、探火管、灭火剂等。
