今日完成了第3-8节的整理把昨日發出来的部分，凑一个完整篇内容较多，为了能够榜首眼看了解究竟都触及了哪些方面的鲁棒性规划下面放个目录先。第3节往后是今ㄖ新更新的内容

7 一个巩固的组的模型规划-雪佛兰 Volt

Sustainable Energy Reviews》上，比较全面的论述了结构规划中一些要点上的理论及规划专利示范

在电动车（EV）Φ，因为对环境温度压力和动态机械载荷的高度敏感性，热失控振荡或车辆碰击或许导致锂离子（Li-ion）组的潜在毛病。在各种要素中包的安全性和牢靠性，对公共和私家交通领域大规模电气化提出了挑战本文回忆了能够解决这些问题的机械规划功用。超越75个来源包含科学和技能文献，特别是对43个美国专利进行了研讨该研讨经过实例说明简略的机械特征能够集成到包规划中，以最大极限地削减毛病發作的或许性并减轻上述安全危险此外，研讨了很多组鲁棒性规划要害部件相关资料也被挑选出来用于要害部件的规划并满意部件功能需求。还以日产LEAF包装规划为例评论了战略性组放置技能终究，本文所述的规划解决方案与雪佛兰Volt组规划进行了比较提醒了巩固牢靠嘚封装体系的根本机械规划要求。

锂离子因为它们的高功率，高能量密度和长寿数[1] 已成为纯电动轿车（EV）的优选车载电源。可是锂被以为对环境温度，振荡和压力等要素的改动敏感需求操控温度和组运转的环境，以使其能量容量最大化为了保证锂的安全操作，温喥有必要低于50℃ [2,3]；包振荡频率应该避免与轿车悬架体系发作共振轿车一般频率规模：簧上质量0~7Hz；车辆动力体系，包含传动体系减速器，7~20Hz；车辆底盘体系20Hz ~40Hz [4-6] 超出规划边界边，则或许对动力包的循环寿数构成损害它也或许引起不可控的链式放热反应，导致放出烟雾或许毒氣发作高压，然后使得过早失效、着火甚至爆破超出运转边界条件的问题起因，或许是热量堆集、物理乱用包含穿刺或许揉捏等[2,7-9]

这種不规范行为是电动轿车初始发展阶段的明显特征。有几次它们从前迫使早期设备制作商（OEM）将其产品从市场上撤回。2002年EV全球电机公司收到5起锂离子在电动自行车上发作过热的陈述。其间的三起发作了锂起火事端。随后他们宣告经过美国消费品安全委员会召回2000个锂離子组[10] 。2011年在美国国家高速公路磕碰安全测验中起火事情被报导今后，也从前召回8000台雪佛兰Volt [11] 最近，在密歇根州的通用轿车公司的锂离孓组测验设施爆破构成五个工人需求当即就医[12,13] 。特斯拉轿车因为Model S路途异物刺穿包箱体构成起火也受到了许多负面报导 [14,15] 。

虽然针对大规模包的安全性的改进一直在持续进行对电动轿车的安全性不断改进正在作出，无论是普通顾客仍是OEM厂商依然对正常运用进程中的事端和電动轿车的意外乱用感到担忧在 [1,16] 因而，对锂离子组安全性拟定了十分严厉的规则表1列出了与包成组规划和功能测验相关的各种SAE规范 [17] 。

表格1办理轿车组的机械规划SAE规范。

公共和私家交通领域大规模电气化被以为是行不通的，直到锂功能逐步被认识而其牢靠性相关问題逐步被研讨回答[18，19] 研讨能够进步锂离子组安全性和可 靠性的规划特性至关重要。世界规范SAE J1797 -电动轿车模块包推荐规划办法仅适用于铅酸，镍镉和镍氢成组规划而不适用于锂离子组[20]。

据报导在影响锂离子组牢靠性的几个要素中，有一些会在制作进程中呈现最重要的昰化学要素，如杂质、浓度以及衔接工艺，即资料处理和电芯密封无论是密封仍是卷绕[21]。另一份陈述以为在组长时间作业的环境条件下，环境温度压力，机械和热冲击机械振荡等，对的牢靠性发作严峻影响这份陈述持续供给一些通用拼装指南[22]。另一项研讨指出锂离子组在电动轿车中的功能激烈依赖于一般不受操控的环境操作条件，因而无法依据试验室试验进行评价[23]另一方面，更近期的作业標明电芯温度也影响锂离子组的牢靠性和循环寿数[24]

虽然不同方面临导致锂离子组不可预知的安全要素持有不同的观点，但大部分已宣布嘚作业会集在开发安稳的电解质新的和安全的电极资料以及锂离子组的热办理解决方案。一个经常被忽视的领域是组外壳巩固的机械规劃对其牢靠性的奉献一组研讨人员归纳了商用锂离子中的惯例安全设备，但他们的作业仅限于单个电芯[25]在本文中，咱们将回忆设备在電动轿车中大型组的安全功用

强大而牢靠的包规划需求解决热失控，振荡阻隔和级、模块级的磕碰安全有关的若干规划问题在这些等級的每一级，都需求约束单体之间的相对运动以消除组的潜在毛病。EV中组的布局战略也能够有用进步包规划中的上述问题下面介个章節中，将回忆揭露专利中简略的机械结构规划这些专利能够集成到包规划中，使其牢靠并减轻严峻的安全危险表2 还供给了关于组稳健性规划要害问题的专利归纳清单。

表2揭露专利文献中的包文件规划要害问题解决方案汇总

热失控是放热链式反应的开始，单体开始以大於0.2℃/min速率自热 [26]过度的热量发作导致自加热速率进一步添加并终究导致构成组的化学组分的自燃。阅历热失控一般放出很多烃蒸气构成嘚气体，喷射出的物质和很多热损毁了挨近它的资料 [21] 热失控能够由下列条件引发：电芯内短路，物理乱用制作缺点，或暴露在极点的外部温度下[26-28]值得注意的是，不管当被加热的是不是在热失控的状态下它依然能够放出可燃气体[29] 。

可是只有当气体溢出包箱体规模，關于财产损害和人身安全的要挟危险才变得明显这儿的操控要素是热气中存在的可燃碳氢化合物的自燃温度（AIT）。只需气体被操控在箱體内部 AIT就会坚持相对较高的水平。可是当可燃气体胀大溢出箱体，与环境空气触摸今后自然温度AIT就会明显下降。正是在这个时刻財产和车辆乘客或企图操控事情的人的危险大大添加。

跟着组进入热失控状态相关的压力升高或许导致组外壳的灾难性毛病。因而至尐规划一个薄弱点，该薄弱点在规划好的预定压力下发作损坏用以开释体系压力，以避免呈现未知的毛病点对车辆及乘客构成更大的偠挟。

减轻这些危险一方面触及操控伴随热失控事情发作的热烟气和溢流物质的发作方位和开释方位，另一方面是操控组区域之间的热楿互作用然后避免单个热失控事情蔓延到整个组[30]。

与热失控相关的温度升高或许导致紧靠区域的设备支架因发作热失控而熔化或汽化荿果，或许不再牢固地坚持在其原始方位当受影响的单体/模块移动时，组件之间的距离或许减小导致对热失控传达的反抗力下降。单體/模块移动也或许危及组冷却体系然后进一步添加热失控传达速率。假如受影响的/组件发作移动它或许会停靠在相邻的单体/模块上。假如是这样这两个区域之间的热传递进程将从辐射和对流切换到辐射、对流和更为高效的热传导复合的传热模式。此外在堆叠型装备嘚运用中，即一层单体笔直放置于另一层上方时一旦支架开始熔化，重力可加快顶层的移动或汽化因而，约束或模块发作热失控后的方位移动是十分重要的以尽量削减热失控传达的危险。

美国专利号8663824揭露了一种规划其间组现已经过横向构件分红多个组隔间。如图1所礻的包规划包含中心组件构件其将左边和右侧隔间分隔以并作为电源和数据线的走线设备 [31]。依照这种规划每个隔室只包含一个模块。

圖1 ：每个组阻隔室内带有一个模块的巩固包[31]

图2. 带有隔板的圆柱形组件[33] 。

在规划中下部和上部简略的横向构件为模组供给简略定位，并經过固定模组法兰的办法将模组固定不动因而，在模块与包的顶部和底部外表之间发作空气空隙该空间保证了两个相邻模块之间不会發作热传导。

在美国专利7507499提出的另一规划中包左边和右侧的区域之间有一个小气隙，这个小气隙为了成为了避免热失控传达的热障经過供给单体或许模块之间的热障约束了热失控传达以及右和左组之间的小气隙明显地约束不同子空间之间的气体流量。另外Lai等人[32]报导他們介绍了将包分红几个隔室的典型规划。

距离组件包含多个独立且相互分隔的刚性距离件这些距离件被填充在模组的相邻电芯之间，以保证每个单体坚持在其预定方位刚性距离件能够是冲突合作设备或粘结到自己的方位上。

一般挑选集成在设备支架内的距离件组件取決于组内运用的的类型和形状。美国专利8481191供给了一种用于与组中的圆柱形单体一同运用的距离件组件如图2所示[33]。每个垫片的高度在整个高度的1％和5％之间

图3.运用刚性距离组件的替代战略[33]。

因为电芯距离件的首要功用是坚持电芯热失控期间的方位固定以节约分量和取得哽高的比能量（瓦时/千克）等级，如图3所示一对具有上部距离件和下部距离件的小得多的距离件组合优于从的顶部究竟部延伸的一个长距离件[33]。只能运用一个垫片例如坐落顶部或底部邻近或挨近中心放置一个小垫片，这个形式并不是首选因为它仍允许一些移动。

此外方形应坚持一定的结合压力，以避免内部绷簧力胀大并损坏本身然后缩短寿数。单体垫片能够在两边发作满意的结合力而不会覆盖呔多的外表积以致冷却变得无效。

美国专利第8709644号揭露了一种适用于方形的组内距离件规划该规划中的距离件适用于盒式坚持器几何形状。距离件组件包含肋支撑件和衔接在它们之间的多个绝缘肋它们一同构成口袋状结构用于容纳单体。该专利揭露的阻隔物还包含一个顶蔀和底部法兰以避免笔直移动此外，肋条沿Z方向交错摆放便于运用简略的单向工具。它供给了一种自我合作规划并消除了对两种不哃模具的需求，然后下降了制作本钱

当放入坚持架时，肋条支撑并约束的任何移动它还向肋支撑件供给一种分布式载荷，迫使外表与肋条贴合使得加热或许冷却流体的进口靠拢出口发散。流体进口和出口是抛物线形的以最小化流体在电芯之前和之后的空隙的变尺度截面处的压降。电芯距离物还包含坐落距离物盒体内部顶部的模制咬合特征在单体完全设备在盒匣底部的情况下，搭扣功用将确定在距離件中因而，卡扣可避免电芯在运用进程中从垫片顶部滑出[34]

热气体的排出点规划为一个或多个在热失控事情期间翻开的排气喷嘴。因為喷嘴的存在它们引导气体和资料流的方向远离乘员舱，远离或许构成人员伤害的方位然后最大极限地削减车辆损坏和相关的安全危險。美国专利号8663824揭露了一种这类排气喷嘴组件的规划为避免任何污染物（如路途碎片和湿气）进入组，在车辆正常运转期间喷嘴密封鈳坚持喷嘴封闭。压力平衡阀决裂压力在0.5-1.0磅/平方英尺的规模内比热失控事情期间所遇到的压力小得多，被集成到排气喷嘴用于处理因為非热事情发作的压力差（例如供给了一种办法，因为车辆改动海拔而带来的压力差改动）中空结构元件包含在所述组结构规划之中，當电芯阅历热事情时引导活动的热气体和资料到排气喷嘴处。在正常操作期间由螺母坚持在原位来坚持排气喷嘴的密封。在热失控期間组外壳内的压力和温度都会升高。终究密封螺母融化或许很多地变形使得组外壳内的压力迫使喷嘴密封件脱离喷嘴。可是因为喷嘴及其设备组件是用高温资料如钢或陶瓷制成的，所以它们不会受到温度升高的影响并持续引导热气体走向，以尽量削减个人丢失或财產丢失[31]该专利描绘并在图4中示出的装备中，室被穿孔在热失控事情期间，单体内发作的气体穿过这些穿孔经过组的中空引导通道进入涳腔中气体经过引导途径从气体排放喷嘴开释，脱离组

虽然美国专利8663824中提出的规划在最大极限地下降热失控相关危险方面十分有用，鈳是经过其揭露的排气喷嘴规划排出热气体仅取决于由开释的热气体发作的压力出于这个原因，存在这样的或许性当只有电芯的数量昰有限的热失控，发作的压力的状态或许不够高无法打破喷嘴密封在这种情况下，热气不会从组中排出因为某种原因，积累的热量或許会流入其他舱添加热失控事情在整个组中传达的或许性。

美国专利8642204供给了一种高牢靠性组即便当从开释的气体量小时也能够排出热氣体。在这种规划中组由带有泄压阀的电芯组成，该阀在一定压力下翻开以开释发作的气体泄压阀大致坐落纵向方向上的中点，一般狀态下该处由一对薄膜片热封。在预先确定的压力下它们经过翻开热密封部分隔释气体。然后从开释的热气体经过排气孔排出到排气管排气管将气体输送到外部环境。

在这种安置下排气管道设有多个进气口和至少一个吸气口。吸气口被衔接到冷却空气流路把所述冷却空气的一小部分吸入。排气管引导冷却空气从内部通道流过，从排气口排出到外部环境从空气进口处吸入冷却空气流，在排气管噵中构成正压力并在排气管路中构成空气循环。因而当从开释出的热气体抵达排气管时，它会立即与冷却空气一同排放到外部环境中这种正压保证热气不会长时间留在组中，然后供给高度牢靠的组[35]

可是，在组现已设备到车辆上之后再为其装备气体排放组织或许是額定本钱。关于这一点美国专利8679662揭露了一种具有集成气体排出组织的组件规划，包含一个排气管和一个排气口作为从向车辆外部的气體排放的通道。该通风管是一段灵敏的软管具有近端和远端。

图4. 组体系规划用于排出在组[31] 的一部本分发作的热失控事情期间开释的热氣体和资料。

近端衔接到箱壳体接收或许从电芯排出的任何排放物。排气口与衔接到车体外部的远端排气口耦合将排放的气体疏导到箱体以外。通气口用垫圈密封虽然组件的质量供给了满意的夹紧负载，但主张运用紧固件来紧缩垫圈并坚持密封集成规划消除了拼装進程和质量检验（如视觉，扭矩或压力丈量）的超额人工本钱然后下降了体系总本钱[36]。

惯例的组结构规划不考虑将不期望的振荡隔绝避免车辆振荡传递至包的问题 [37]。因而从车辆的顶部传递到设备在车辆中的组结构的振荡的频率能够近似等于或小于100Hz [38]。成果动态机械负載在电气体系中发展，比如端子衔接和组中的铜排衔接这会影响电衔接的接连性和壳体的疲惫失效。事实上因为体系缺少恰当的隔振辦法，电气和电子体系现已被认定为市场中包体系耐久性失效的首要原因[4]可是，当结构的固有频率坐落100Hz的频率规模内时会呈现比电接連性失效更严峻的问题。该共振导致单体的元件之间发作分层构成单体的各个层相互分离，这是循环寿数下降的首要原因之一[39]

低频率嘚接连笔直振荡输入一旦触摸到高速公路外表，就会传输到车辆上此外，在不平坦的外表上例如洞，过道或桥台发作冲击，导致笔矗振荡此外，在不均匀路面行驶会发作侧向应力一起，起始和中止期间或许在停车入位期间，也能够发作纵向冲击

虽然沿着Z轴的振荡（即笔直方向）被以为是最严峻的，有必要供给笔直和侧向支撑以完成组外壳内电芯的安稳为此，紧缩力一般施加到组的顶部外表美国专利7507499示出了一个运用盖-垫-托结构完成电动轿车动力安稳性的专利规划。该规划包含四个梁经过四个衔接器相互成直角衔接，构成┅个矩形结构结构每个梁与组的四个旁边面中的一个接合。结构和组之间经过张紧螺栓坚持正向衔接该设备运用两品种型的阻尼垫：岼垫和L型垫片，以吸收振荡并避免模块相关于相互沿着Z轴移动L形阻尼垫放置在每个角衔接器邻近。它们抵靠在结构结构上以在拐角处供給相对较小的压力区域而且将组的各个模块相对地推向相互; 而平阻尼垫定位在相邻模块的相对侧的下角和上角处。能够用螺栓衔接到车輛结构上为组供给支撑

在拼装结构之后紧固张紧螺栓，使得梁在长度方向和侧向方向上（即沿着X轴和Y轴）抵靠拐角垫拉动以将包内模塊相互相互推挤到一同。紧固螺栓还紧缩放置在各个模块之间的阻尼垫使它们相对方位固定。图5展现了专利中定义了规划的透视图 [40] 在規划中，小模组被固定在箱体内一同构成更大的组。将中心的小组搁置在外结构的顶面上这样坐落中心的小组不与托盘外表直接触摸。中心结构的横梁用螺栓衔接到外部结构使其成为单一结构，而外部结构的横梁能够夹紧或用螺栓固定在托盘上浅U形托架从外部边框仩伸出，衔接箱顶盖

图5.选用小型组规划的结构结构透视图 [40]

美国专利8642204还供给一种组规划，其间的中空结构件被设置邻接组的外外表它经過密封部分触摸模块单体，并用作模块的支撑中空结构部件吸收或使传达到单体的任何振荡衰减，并保护模块免受不期望的振荡的不良影响

此外，当车辆以最大抓地力运转时取得最佳的乘坐质量而几乎没有振荡传递而最大抓地力取得的条件是，一切轮胎承载平等的载荷美国专利8561743揭露了一种设备结构的细节，其有助于完成车辆分量均匀分布一起坚持低重心。在此规划中组件包含设备结构，外壳模块，线束开关盒，接线盒和操控单元

图6.设备结构 [41]的透视图。

如图6所示的规划运用矩形设备结构它被分红两部分，前部和后部由焊接在结构上的梁组成[41]梁构件将前部分红两个持平的矩形区域。在两个前方矩形区域中沿竖直方向安置，使得长边定向在横向方向上洏且短边定向在车辆的纵向方向上，而后方矩形部分中的被安置为使得最短的一边朝向车辆横向因为这种安置，设备在后部的组的分量與设备在前两列中的组的总分量根本持平这样，组件的重心坐落包横向与纵向的中值的交点邻近考虑到电动机，充电器和逆变器被安置在前部隔室中包重心坐落车辆的图形中心的后部而且在前后方向上的车辆的分量平衡方面是优化的[41]。这种装备的明显优势设备结构能夠用于各品种型的车辆这意味着即便车辆的座椅布局发作改动，经过简略地改动组中的小组的数量而不让设备结构的尺度发作严峻改动就能够完成最佳的分量分布并由此完成振荡阻隔。另外一个优点是它变使得制作商从这种规划的规模经济中取得并坚持体系相对较低嘚整体本钱。

在组中母线的衔接构件被螺栓衔接或焊接到单体的电极点子。可是在一段时间内，螺栓一般会松动；而且因为传递过来嘚振荡焊接结构或许会发作裂缝。出于这个原因组中的电气衔接在其循环寿数期间不能牢靠地坚持。

美国专利8580427揭露了能够长时间坚持其电衔接接连有用性的组规划在该规划中，电极点子由呈锥形的可弹性变形的导电资料制成其宽度从前端向本体逐步减小。而且经過在圆周方向上切割槽来将前端的一部分切割成段。这使得电极点子能够简单地刺进到衔接构件的通孔中一旦刺进衔接件通孔今后，上夶下小的结构可避免电极点子与衔接件分离。

此外电极点子被规划成包含一个从前端基部突出的锁止结构部件。突出部分衔接到凹槽並与相连构件相互确定因为突出部分撑开了槽的宽度，所以电极点子压靠在衔接构件的通孔的内周外表上电极点子和衔接构件能够更牢靠地坚持相互的衔接。

铍铜和6000系列铝合金是可用于制作电极点子的可弹性变形的导电资料的一些示例而汇流条是能够运用导电资料（唎如铜）制作的板状构件。

车辆总分量小于或等于4536kg的EV有必要契合联邦机动车辆安全规范（FMVSS）305拟定的有关在发作前后和旁边面磕碰时电解質溢出和模块停留的指令。电解液溢出的规则在SAE J1766定义也已更新为与FMVSS 305和世界监管要求共同[42] 为了契合本规范的规则要求，有必要保证电动轿車设备在电动轿车座位区邻近的包的完整性以防磕碰时发作满意的动能压碎托盘设备到的地板的一部分。

图8.吸能梁嵌入件 [44]的详细横截面圖

美国专利7070015揭露了一种设备体系，该设备体系经过在后部磕碰期间将动态地从头定位在揉捏区域之外使得包能够有用的坚持组的完整性该体系选用一个运动转换组织，在磕碰发作时将组旋转至与地板不平行的其他的方位，如图7所示 [43]

所述运动转换器包含两个斜面，其┅刚性地固定在固定包的地板上；第二个斜面作为托盘的一部分在冲击时，地板的轴向变形驱动榜首个斜面向上滑动与第二个斜面啮匼，第二斜面向上提升启动托盘旋转远离地板。此外斜面被做了如下设定，地板有必要发作一定的预变形榜首个斜面才会起动并与苐二个斜面啮合。该设备体系还包含约束构件该约束构件包含灵敏组件或许从隔室延伸到托盘的隔板。约束构件阻挠托盘旋转超越预定方位然后避免其碰击乘客舱。此外经过导线衔接，该导线的长度使其能够曲折以适应包在隔室的从头定位

旁边面磕碰在两个方面给轿車安全工程师提出了特殊的挑战：许多小型车辆的门槛板方位比较低使得当想要运用车门和门槛完成耐撞结构时，变得十分困难

美国專利8702161供给了用于车辆的能量吸收和分配旁边面磕碰体系。如图8所示该体系包含一对可折叠的侧梁组件和多个组横向构件，以取得期望水岼的车辆旁边面磕碰阻力[44]依据规划，组外壳从前部到后部悬架从左边门槛到右侧车门槛跨越整个车辆宽度，与左右两边的手侧梁耦合组横向构件的数量跟着要在组中模块的数量以及组的结构特性要求而改动。

一般空心横梁用于运用空心结构的高强度分量比。可是應该认识到，无论是横梁的结构仍是资料取决于它的放置方位，而且因方位而改动例如，坐落组中心的穿插构件比其他穿插构件厚鉯在所运用的区域供给额定的强度用于座椅设备 [44]。

此外在选用风冷的电动轿车中，因为风管的横截面面积较大所以最小的封装空间可鼡于为组件供给穿插支撑。美国专利8276696展现了一种包规划其间运用组空气冷却通道的进口/出口通道结构，作为结构的一部分添加组的耐沖击性。依据规划强制空气冷却体系包含用于向供给空气的进气管道和用于引导来自和风扇的气体的排气管道。这些管道中至少有一个昰作为结构构件来供给结构支撑并保护组件安全的在车辆相对两边之间延伸的管道，与安置在每侧的减震塔相连为包供给支撑和保护。

图9. 与首要和次要正面磕碰载荷途径相关的首要部件的透视图[46]

传统上由塑料制成的导管能够由钢，铝碳纤维或任何其他适宜的资料制荿，用于EV中因为较少的部件被运用，它也供给了一种更古老而紧凑的包解决方案[45] 换句话说，这个规划能够完成更高的能量密度（W/ L）泹解决不了功率密度（W/kg）和体系本钱。

在的前部碰击的事情时电动轿车的前侧构件吸收大部分了冲击能量。他们经过操控碰击能量传递給车辆其他结构来削减车辆损坏或任何乘客受伤可是，电动车比传统的内燃机车具有更高的自重因而，需求添加前侧构件的强度以吸收额定的动能这进一步添加了EV的分量。附加分量影响车辆的安稳性可操作性以及以每加仑英里数或同等水平的功能。

美国专利8424960揭露了┅种前轨规划结构将大包集成到车辆结构的EV。图9供给了依据专利[46]的与前冲击负载载荷加载途径相关的要害部件的透视图所揭露的导轨結构包含纵向延伸且在宽度方向上距离开的一对多边形多壁通道导轨。多壁通道以相对轻的结构供给相同的强度和刚度以最小化其对功率带来的冲击。每个导轨的前端机械衔接到保险杠另一端设备螺栓，螺母和螺母坚持器经过门下围板衔接到扭矩箱为了简化拼装和下降制作本钱，坚持器运用内部特征定位在门下围板内部在规划中，每个导轨的端部和车辆的保险杠之间刺进揉捏罐它与导轨的上部通噵对齐，完成从缓冲器到顶部导轨通道的前部冲击载荷的直接传递另一方面，下导轨通道添加了每个前导轨的承载才能一起下降了导軌部分的中性轴。因而在前部磕碰期间，车辆的前部轨迹将冲击能量传递至揉捏罐揉捏罐吸收全部或部分能量，这取决于冲击能量的哆少[46]

在车辆运转进程中，组的资料在减缓热冲击机械振荡等外部载荷方面起着极为重要的作用。因而挑选适宜的资料以满意包稳健性和牢靠性规划要求至关重要。

包箱体资料即组旁边面构件和底部构件，由轻质金属例如铝或铝合金制成金属外壳保证支撑组件分量所需的刚性或巩固性。另外金属外壳能够充分接受组能够暴露的高温和高压条件。此外因为金属具有高导热性，所以的热办理睬更简單表3列出了在各种电动车中用于组外壳的资料的一些示例。

表3各种商用车中用于组外壳的资料。

组盖或顶部构件应该由具有电绝缘性囷高散热性的资料制成用于组外壳和箱体的资料也应具有化学安稳性，不应与任何组件发作反应

组中的下一个要害部件是用于约束热夨控期间运动的刚性距离组件。用于距离物的资料有必要具有相对较低的质量然后将其对整体质量的奉献最小化。所挑选的资料还应当具有绝缘性和低的传热系数然后保证相邻电芯之间的热交换最少。

高温阻隔器优选由可紧缩资料制成运用可紧缩资料保证电芯邻近熔囮或设备支架汽化，不会影响电芯的方位阻隔器的可紧缩性，取决于设备支架的刚性电芯方位越灵敏，越需求运用一个可紧缩垫片鉯便它能够保持电芯之间的相对方位。能够满意这些要求的资料包含氧化铝基布和毡芳族聚酰胺纸，外表涂硅树脂的玻璃纤维布丙烯酸类，蛭石石墨或聚四氟乙烯（PTFE）。

冷却翅片和散热构件也是组的一个组成部分挑选适宜的资料是十分重要的，因为散热是寿数的要害能够考虑用于散热构件的资料应该具有杰出的导热性和吸振性。热导率在0.1- 450 W/mK的规模内的的资料传统上被以为适合用于散热构件的规划。因而散热构件能够经过将吸振资料涣散到具有散热性的基材中而构成。因为碳被以为具有高阻尼特性任何资料都能够运用碳纤维填料涣散到树脂中，既具有优异的导热性又具有高吸振性要求减震垫供给满意的冲突力，以消除Z轴即笔直方向的任何运动; 因而它们应该由防滑资料制成它们还应具有满意的弹性来吸收振荡影响和尖峰影响。用于阻尼垫的适宜资料是塑料例如NYLON，聚苯或聚二环戊二烯

任何囮学安稳且能反抗热气体的资料都可用于排气管道。排气能够由树脂资料比如橡胶基材的弹性资料或经过这些资猜中的任何资料的组合構成。这些资料允许排气管的轻量化结构类似地，排气喷嘴和用于将喷嘴附接到组外壳的设备由比如钢或陶瓷的耐高温资料例如氧化铝氧化铝-二氧化硅，氧化铝碳化硅等制成。

关于密封部或密封垫期望密封部件由弹性部件或具有高可变形性和耐湿性的资料制成。在叧一侧上的O形环应当用高热阻资料制成比如佛橡胶，硅橡胶或许佛硅胶全佛橡胶或许特氟龙。

挑选用于设备支架的资料需求满意多种規划要求首要，所挑选的资料应该简单成型易于制作，一起本钱低其次，在EV运用中支架的整体质量至关重要。电动轿车组件的一個重要要求是它们的质量应该相对较低终究，为了尽量削减短路的危险该资料应该是不导电的。因而为了满意这些规划要求，设备支架典型地由聚合物制成比如尼龙。

为了在EV中有用运用空间有必要将放置在其他未运用的空间中。从车辆动力学的视点来看组的方位应使车辆的重心坚持在较低的方位，而且设备结构上的机械应力和疲惫最小从散热视点来看，应将组放置在恰当的空气循环处以最夶极限地散热。为了解决电气安全问题组应当被视为电力传动体系的首要部件，类似于内燃机车辆的发动机它应坐落乘客舱外面，以便高压部件不会对乘客安全构成任何要挟

此外，组应与车辆结构的前端或后端距离开以保护免受潜在的影响。关于这样存储的理想空間是在车辆下方的车辆中心处但因为客车有限的离地空隙，任何这样的支撑结构有必要精心规划运用发挥可用空间的最大效用。表4显現了不同现代商用车可用的组的尺度及其相关于车辆底盘的方位

美国专利8561743揭露了一种在中心方位将尽或许多的放置在EV上而不影响车辆动仂学或安全性的办法。该专利揭露了一种组件的规划其间的一组S1坐落前座椅下方，另一组S2坐落前排和后座之间的地板下面以及一组S3坐落后座下方。

在组S1和S2中以笔直方向堆叠，使得长边朝向车辆横向短边朝向车辆的纵向，而在组S3中堆叠放置办法如下：最短的一侧在車辆横向上取向。依据车辆主体的下部的宽度层叠的数目或S3组在车辆前进方向上的长度可进行微小调整，因而运用后座、下方的空间放置很多的图10给出了日产LEAF组中方形锂离子组的整体规划布局[41]。

此外假定组S1的高度为h1，组S2的高度为h2组S3的高度为h3。经过使高度h1和高度h3比高喥h2大座位下的空间能够更高效的运用，更高数量的的可被放置在车辆上而不影响乘客的空间可用性。

而且依照这种布局，高度h3大于高度h1因而，后座的就座水平高度高于前座的就座水平高度这种组织是可行的，因为它能够为后座乘客供给了广大的视角[41]图11有助于可視化坐水平和可用于经过这种规划完成后排乘客的更好的视点的示意图[47] 。

考虑到有用运用客舱空间和进步在磕碰中安全性组被放置在内艙侧座位下面地板上。可是在传统车辆中，座椅一般经过座椅导轨上的设备夹具设备以调节可用的腿部空间。其成果是触摸组变得受限，而且假如组需求保护或替换后座和座椅导轨需求被暂时拆除，导致维修作业变得困难和低效

美国专利7743863触及一种承载结构，能够方便地拜访组进行保护和替换该承载结构包含带有通往车辆后部的踏步结构的车辆地板。

安置在台阶部分处座椅放置在上方。选用翻起组织使座椅能够向车辆的前部翻倒。在这种情况下座椅的前部用作旋转枢轴。经过这种规划翻起组织[48]将座椅朝向车辆的前部倾斜能够简单地挨近安置在步进部分的组。

7 一个巩固的组的模型规划

日产LEAF特斯拉Model S型和雪佛兰VOLT组是现有的EV的组中的经典规划 [49 - 53] 。如第1部分所述鞏固耐用的组应具有热安稳性，可与任何振荡进行恰当阻隔并能在磕碰进程中坚持其结构完整性。鉴于此日产LEAF已被扫除在进一步考虑規模之外，因为它缺少有用的热办理体系这会下降其在极点环境温度下的功能 [54] 。

在另一边世界规范化组织IOS经过世界规范ISO/IEC PAS16898和德国预规范DIN SPEC 91252。前者推动电动轿车极柱外部尺度和衔接方位的规范化运用于不同品种的电动车（即混合动力车，插电式混合动力车和电动车）而后鍺指定容量。人们现已认识到从长远来看，因为规模经济的原因运用更大的将为下降本钱带来或许性[55]。因而德国的预规范规则用于電动轿车的应至少具有40 Ah额定值[56,57]。因而运用3.1Ah单体的特斯拉Model S组或许需求进行严峻结构变更。

在雪佛兰Volt组中288个锂离子约占组质量的70％，约55％嘚组体积笔直放置在T形钢托盘中表5将Volt组的能量和功率密度与USABC 40mile PHEV的要求进行了对比。组被划分红4个部分或许叫隔室以创建榜首级热障并约束热失控事情受影响的室。此外非堆叠型单体衔接用于组应有助于避免重力助力热失控传达速率。

表5雪佛兰Volt的能量/功率密度与USABC方针的仳较[58]

在每个隔间中，泡沫垫片和重复结构元件构成用于在磕碰或热失控事情期间将单个单体坚持在恰当方位的口袋此外，经过在每个单體之间设备1mm厚的铝冲压板作为冷却构件它与每个的一侧相邻以散热，然后进步了Volt组的热安稳性每个翅片具有持平长度的9个冷却流道，采纳从进口到出口歧管流体保证每个单体共同的传热才能。它们都装在聚乙烯共聚物涂层的铝盖上不仅聚合物涂层膜反射热量，使得散热器取得更好的热功能它还可作为模块，乘客舱和其他组件之间的附加阻隔层硅垫片将盖密封到托盘上以供给气密性包规划[58]。

舱经過C形结构件和端盖相互刚性衔接经过带有超大槽的钢制固定支架和尼龙楔形块，将它们定位并固定在托盘上超大的插槽能够方便地依據部分的方位刺进楔形块。顶部的外部金属带和每个隔室底部的四根拉杆约束其笔直和横向移动一起两个端板供给纵向支撑。另外压緊支架的边缘抓住重复结构的底脚并消除舱室的任何或许的笔直运动。此外经过在模组之间和托盘外表放置橡胶阻隔器，能够取得振荡冲击进程中的较大阻尼

终究，将组放置在乘客座位下的底盘中心使其能够用作车辆结构的半结构元件。一起它始终远离车辆的正常磕碰区域，即前部和后部雪佛兰Volt的组的这种战略性放置，保证在磕碰事情中单体的损伤最小，然后使得车辆的具有较高的防撞才能[6061 ]。

本文回忆了能够最大极限下降组毛病概率的稳健组规划办法：

1） 因为热失控机械振荡和车辆碰击，导致的组相对运动是常见的组失效嘚原因约束这一 运动，将是对一切情形下的保护

2） 有许多机械规划特征能够有用操控相对运动，即隔片刚性设备结构和可变形电极點子。

3）包含气体排放机制的优点是可证明的这能够避免组内部高压事端的发作。此外排气管的中空结构能够在正常的车辆运转和/或車辆磕碰期间为组供给额定的阻尼以避免振荡传输。

此外经过不同的专利与雪佛兰VOLT组规划中所揭露的规划方案的比较，标明包体系鲁棒性规划的根本原理和结构要求这些总结如下：

1）在包规划中建立恰当的热障是十分重要的。这意味着组应在模块等级进行分区而且隔板应集成在等级，然后供给避免热失控传达的机械保护

2）电芯距离器关于约束或许的电芯移动是必不可少的，在热失控事情或车辆碰击期间发作他们还保证热办理体系的完整性和功能在这些事情中不受影响。

3）正确的笔直和侧向支撑是隔振必需的此外，恰当的分量分配能够增强EV的隔振特性

4）设备结构衔接到车辆结构，有助于添加车身的刚性和强度带有加强构件的设备结构在车辆磕碰期间用作负载輸入的传递途径。

5）组应该放置在乘客座椅下方的设备结构的中心远离一般车辆结构的磕碰区域，即前部和后部

一线数学老师历任年级主任、數学教研组组长，教学方法新颖独特