一种能够自动调节电池压紧力的电池箱设计(附件)【字数：13267】
摘 要摘 要目前国内外主要研究了电动汽车用电池的种类与电池组的串并联方式以及电池箱的刚度和散热性能，基本没有研究电池发热膨胀使电池所受压紧力增大时电池放电效率受到的影响。本文以50Ah三元锂电池为研究对象，以原有电池箱对锂电池组进行单一压紧方式，通过实验的方法得到电池在放电发热膨胀过程中会使电池间的压紧力增大，从而使电池组的放电效率降低。为了使电池在放电过程中保持电池间压紧力一定，本文在原有电池箱内设计加入自动调节电池压紧力的动态压紧机构，利用SolidWorks软件对这种自动调节电池压紧力的动态压紧机构进行三维模型建立，并利用ANSYS workbench软件对建立的动态压紧机构进行有限元分析优化及整个压紧机构的传热分析，使压紧机构达到自动调节电池压紧力的作用，从而保证电池在放电过程中所受压力保持不变，以达到提高电池放电效率的作用。关键词电池箱；压紧力；SolidWorks软件；ANSYS workbench软件；电池放电效率Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2 课题研究背景及意义 1
1.2.1 课题研究背景 1
1.2.2 课题研究意义 2
1.3 国内外对电池以及电池箱的研究现状 3
1.3.1 电动汽车用电池的研究现状 3
1.3.2 电动汽车用电池箱的研究现状 4
1.4 课题的提出 5
1.5 课题的主要研究内容 6
第二章 电池放电过程中压紧力增大现象分析 8
2.1 软包装三元锂电池的胀缩原理 8
2.2 充放电过程中不同恒压力下三元锂电池的胀缩规律 9
2.3 充放电过程中恒定变形时三元锂电池的膨胀压力变化规律 10
2.4 充放电过程中不同初始压力下三元锂电池容量变化规律 11
2.5 本章小结 11
第三章 动态压紧机构的结构设计与选型 13
3.1 50Ah三元锂电池组模型建立 13
3.1.1 50Ah三元锂电池模型建立 13
3.1.2 50Ah三元锂电池组模型建立 13
3.2 压紧机构的设计与模型 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2 课题研究背景及意义 1
1.2.1 课题研究背景 1
1.2.2 课题研究意义 2
1.3 国内外对电池以及电池箱的研究现状 3
1.3.1 电动汽车用电池的研究现状 3
1.3.2 电动汽车用电池箱的研究现状 4
1.4 课题的提出 5
1.5 课题的主要研究内容 6
第二章 电池放电过程中压紧力增大现象分析 8
2.1 软包装三元锂电池的胀缩原理 8
2.2 充放电过程中不同恒压力下三元锂电池的胀缩规律 9
2.3 充放电过程中恒定变形时三元锂电池的膨胀压力变化规律 10
2.4 充放电过程中不同初始压力下三元锂电池容量变化规律 11
2.5 本章小结 11
第三章 动态压紧机构的结构设计与选型 13
3.1 50Ah三元锂电池组模型建立 13
3.1.1 50Ah三元锂电池模型建立 13
3.1.2 50Ah三元锂电池组模型建立 13
3.2 压紧机构的设计与模型 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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建立 14
3.3各零部件的选型 15
3.3.1 弹簧选型 15
3.3.2 位移传感器选型 16
3.3.3 步进电动机选型 17
3.3.4 丝杠以及联轴器的选型 18
3.4本章小结 18
第四章 典型零部件的校核和有限元分析 20
4.1 基于ANSYSWorkbench的丝杠有限元分析与校核 20
4.1.1 丝杠计算模型 20
4.2.2 丝杠静态分析 20
4.2 基于ANSYSWorkbench的弹簧有限元分析与校核 22
4.2.1 弹簧计算模型 22
4.2.2 弹簧静态分析 23
4.3 步进电动机的校核 26
4.3.1 传动比计算 26
4.3.2计算电机轴上的负载力矩 26
4.4 本章小结 28
第五章 压紧机构的整体传热分析 29
5.1 热分析模型建立 29
5.2 有限元分析 31
5.3 本章小结 33
结 论 33
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 概述
随着科学技术日益发展，电动汽车使人们的生活更加方便，渐渐成为了人们出门的代步工具。电动汽车以锂电池为原动力，具有可循环充电使用的性能特点，同时也具有节约石化能源，无污染，噪音小，节约成本等优点，因而电动汽车作为新能源汽车，将逐步取代燃油汽车。国内外学者对电动汽车的研究从来没有停止过，而在电动汽车中，电池是动力，电池放电维持着电动汽车的运行，所以在电动汽车的研究中，主要研究对象是电池以及电池箱体。电池材料组成以及电池串并联对电池放电效率的影响是国内外研究的热点，而研究却忽略了电池放电发热膨胀过程中电池所受压紧力增大现象对电池放电效率的影响，所以现有电池箱对动力锂电池组的压紧方式只是进行单一压紧。
本文以50Ah三元锂电池为研究对象，正极材料使用经过包覆处理的LiNi1xyCoxMnyO2[1]，负极材料使用球形石墨，测试环境温度18℃，充放电倍率为1C，充放电电压区间3.0~4.2V，电池检测系统采用CT28015V250ANTA进行数据采集，采用压力试验机BE604510T430S进行测试，在合理的范围内分别设定压力机恒定压力保持在0N、100N、25 N、500N、1000 N、250 N、5000 N，通过控制变量法，分别对电池进行充放电实验，得到电池在放电发热膨胀过程中电池所受压紧力增大现象使得电池放电效率降低。
本文设计出一种能够自动调节电池压紧力的动态压紧机构，利用SolidWorks软件对这种能够自动调节电池压紧力的动态压紧机构进行建模，并且利用ANSYSWorkbench软件对这种能够自动调节电池压紧力的动态压紧机构中的典型零部件进行有限元分析校核优化，同时对这种能够自动调节电池压紧力的动态压紧机构整体导热性进行有限元分析优化，从而得到最终动态压紧机构。
1.2 课题研究背景及意义
1.2.1 课题研究背景
目前，汽车已经普遍进入千家万户，方便了人们的生活，然而汽车所要消耗的能源也越来越多，汽车的尾气排放也越来越多。石油、煤炭和天然气为主的石化能源是25世纪科学技术的原动力，可是随着经济的发展，我们对石化能源越来越多的需求使得石化能源储藏量越来越少，甚至现在正在逐渐枯竭。同时，人类对石化能源的肆意开采也加剧了环境的恶化。
随着石化能源的不断利用，我们生活的环境却越来越糟糕，环境在不断恶化，在不断被污染。石化能源在燃烧的时候会放出大量的气体，而在这些气体中存在大量的危害人体健康污染环境的有毒气体，其中包括有一氧化碳气体、二氧化硫气体、含铅固体颗粒物等，而人体的健康也会因为吸收了这些有毒气体而受到严重的危害影响。在特定条件下，如在静风下，定量浓度的碳氢化合物在阳光下放置时，受到阳光的暴晒后，会逐渐转化而进一步变为光化学氧化物，当这些光学氧化物逐渐积累起来后就会形成光化学烟雾，这样就会从有毒气体转变为二次污染物，更严重的是二氧化硫与这些光化学氧化物也会起反应作用，硫酸雾就会产生，这将会危害人体的健康并且污染环境。这些尾气污染物不但危害了城市环境，加重城市热岛效应，还会危害人类的健康，引起呼吸系统的疾病等。汽车尾气中还含有铅这样的固体颗粒物，这样的固体颗粒物会在空气中四处扩散，人们在呼吸过程中会吸收这些固体颗粒物，从而会扩散到人体的肝肾脾胆脑中，而固体颗粒物在肝和肾中的浓度是最高的，这些固体颗粒物随着时间的推移和人体血液的流通还会流入到人体的骨骼中，形成不溶性磷酸铅，在人体缺少钙或者人体酸碱不平衡的时候将会引起铅中毒，危害生命。早在1943年，美国洛杉矶市就曾经因为汽车车尾气大量的排放，形成了浅蓝色烟雾，许多市民也因此而患有眼红。在1955年和1970年，两次光化学烟雾事件也在洛杉矶发生，这两起事件使全市一半以上市民的生命受到了威胁，使许多人因为中毒呼吸困难而死亡，这些都是之前发生过的重大环境污染事件，同时这些事件引发了人们对环境保护的意识以及对新能源开发研究的渴望。因而，发展新能源是时代之需，是至关重要的。
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