日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

基于某動力電池防水透氣防爆閥的仿真研究

2019-09-14 19:58:02·  來源：北京新能源汽車股份有限公司  作者：付一民，周健  
　
作者簡介作者：付一民，周健等單位：北京新能源汽車股份有限公司摘要：文章對某汽車動力電池所使用的防水透氣防爆閥進行結(jié)構(gòu)上的說明，并從流體及結(jié)構(gòu)兩方面對防
作者簡介
作者：付一民，周健等
單位：北京新能源汽車股份有限公司
 
摘要：文章對某汽車動力電池所使用的防水透氣防爆閥進行結(jié)構(gòu)上的說明，并從流體及結(jié)構(gòu)兩方面對防爆閥進行仿真分析，已研究防爆閥在工作過程中結(jié)構(gòu)的變化，最終得到了滿足設計要求的結(jié)論，為設計電池包防爆閥提供了一種可行的研究方法。
 
前言
   
從國內(nèi)外有關電動汽車的研發(fā)計劃可以看出，電動汽車是當今汽車發(fā)展的熱點。動力電池作為電動汽車的核心部件，是各汽車公司的主要研究對象，而動力電池安全技術一直是人們關注的重點。作為動力來源的電池容易發(fā)生熱失控，而導致其發(fā)生熱失控的原因千奇百怪。防水透氣防爆閥是安裝在動力電池上的一種安全裝置，主要作用是當電池包內(nèi)氣壓過大時能通過防爆閥實現(xiàn)泄壓，以維持電池與外界的氣壓平衡，且不會對電池的密封產(chǎn)生影響。本文通過有限元仿真分析的方法研究防水透氣防爆閥的工作狀態(tài)，為動力電池用防爆閥的設計提供一種思路。
 
1 防水透氣防爆閥主要結(jié)構(gòu)及工作原理
 
圖 1 某動力電池防水透氣防爆閥   
圖 2 防爆閥零件爆炸圖 
 
所研究的防爆閥如圖 1 所示，由主體、上防護蓋、膜紙、彈簧、密封條、O 型圈、固定環(huán)、塑膠塊、保護罩等構(gòu)成，爆炸圖如圖 2 所示。該防爆閥防護等級為 IP67，溫度適用范圍為-40℃-125℃。該防爆閥工作原理為，當 PACK 內(nèi)有小于 12KPa 壓差時，通過膜紙平衡內(nèi)外壓差。如圖 3 所示；當PACK 內(nèi)氣壓達到 12-18KPa 時，防護蓋彈開快速泄壓如圖 4所示，氣壓降低通過彈簧拉力恢復如圖 3 狀態(tài)；當 PACK 發(fā)生異常氣壓達到 25-40KPa 時，膜紙破開防護蓋彈開如圖 2 快速泄壓，氣壓降低通過彈簧拉力恢復如圖 3 所示狀態(tài)。 
   
圖 3 防爆閥工作原理圖 1 
圖 4 防爆閥工作原理圖 2   
 
2 防水透氣防爆閥仿真研究
2.1 防爆閥CFD分析假設與仿真模型的建立
防爆閥實際工作情況較復雜，為了便于搭建 CFD 仿真模型，提出如下假設： 
①電池包內(nèi)氣體為電池包內(nèi)揮發(fā)的物質(zhì)與空氣的混合物，本文僅研究防爆閥上防護蓋所受壓力，故將混合氣體當做單一氣體，且該氣體物性參數(shù)可以獲??； 
②氣體為各向同性均勻流體； 
③氣體為不可壓縮流體； 
④氣體的物性參數(shù)不隨溫度的變化而變化； 
⑤電池包內(nèi)爆炸是一個氣體壓強逐漸增大的過程，在臨界狀態(tài)下防爆閥膜紙內(nèi)外表面氣壓一致； 
⑥氣體流動方式為湍流，強度為 5%； 
⑦上防護蓋在閉合狀態(tài)下，其所承受 Y 向(彈簧拉伸方向)壓力的部位僅為橢圓孔部位（如圖 5 所示）。 
根據(jù)上述內(nèi)容，搭建防爆閥 CFD 仿真分析模型，如圖 6所示。邊界條件將入口設置為“pressure-inlet”，出口設置為壓力“pressure-outlet”，將橢圓孔處設置為單獨的考察對象，并定義為“wall”，爆炸混合氣體物性參數(shù)如表 1 所示。 
圖 5 防爆閥內(nèi)部主體與上防護蓋結(jié)構(gòu)圖   
 
圖 6 防爆閥 CFD 仿真 防護蓋結(jié)構(gòu)圖分析模型 
表 1 爆炸混合氣體的物性參數(shù) 
2.2 防爆閥流體仿真分析
爆炸氣體通過防爆閥膜紙進入防爆閥后，由于防爆閥內(nèi)部構(gòu)造較復雜，氣體流動方向與流速發(fā)生變化，本文主要考察防爆閥上防護蓋所受壓力，結(jié)果云圖如圖 7： 
圖 7 防爆閥上防護蓋橢圓孔處壓力云圖 
通過分析結(jié)果可以看出，當入口壓力為 12Kpa 時，上防護蓋所受壓力在 9-13Kpa 范圍內(nèi)，且大部分都在 12Kpa 左右，與入口壓力差別不大，在進行靜力分析時，取上防護蓋壓力為 12Kpa。
2.3 防爆閥靜力分析假設與仿真模型建立
防爆閥的工作過程中結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的變化，主要表現(xiàn)為膜紙的變形與上防護蓋的彈開，為了更好地研究膜紙和上防護蓋的變化，現(xiàn)對有限元模型做如下假設： 
①膜紙所用的 e-ptfe 材料為各向線彈性材料，變形前后材料主軸保持垂直，計算涉及幾何非線性； 
②彈簧用彈簧單元進行仿真，彈簧剛度已知，且只會發(fā)生 Y 方向上的位移； 
③在 12Kpa 以內(nèi)，上防護蓋所承受 Y 向壓力的部位僅為橢圓孔部位。 
根據(jù)上述內(nèi)容，搭建防爆閥靜力分析模型，如圖 8 所示。安裝部位通過 MPC 單元連接，膜紙通過打膠方式固定在防爆閥上，彈簧用 SPRING 單元模擬。約束防爆閥與電池包安裝點的 6 個方向自由度及上防護蓋 X 方向平動、Z 方向平動、XY方向旋轉(zhuǎn)、YZ 方向旋轉(zhuǎn)、ZX 方向旋轉(zhuǎn) 5 個自由度，以便模型計算時收斂。研究膜紙時，在膜紙下表面分別施加 12Kpa、18Kpa 及 25Kpa 的壓力；研究上防護蓋時，對上防護蓋橢圓孔部位施加 12Kpa 壓力即可。 
膜紙的載荷-應變曲線通過雙軸拉伸試驗得到，采用應變項殘差平方和最小的最小二乘法計算得到膜紙材料力學性能，計算步驟如下： 
①假設膜材為正交各向異性彈性材料，本構(gòu)關系式按式（1）確定。 
    （1） 
式中 
NX——膜材試樣經(jīng)向載荷，KN⁄m； 
NY——膜材試樣緯向載荷，KN⁄m； 
εX——膜材試樣經(jīng)向應變； 
εY——膜材試樣緯向應變； 
EX——膜材試樣經(jīng)向彈性模量，N⁄mm2； 
EY——膜材試樣緯向彈性模量，N⁄mm2；
vX——膜材試樣經(jīng)向泊松比； 
vY——膜材試樣緯向泊松比； 
t——膜材厚度，mm。 
②按式（2）計算不同經(jīng)、緯向載荷比例下得到的載荷-應變曲線的應變殘差平方和。 
 （2） 
式中，式（2）的最后一項對應于載荷比例 0：1 的狀況，倒數(shù)第二項對應于載荷比例 1：0 的狀況，第一項平方和應對應于1：1、2：1、1：2 三種雙軸拉伸狀態(tài)。 
③ E11、E12、E22相互獨立，應用最小二乘法，根據(jù)式（3）計算 E11、E12、E22。 
              
            （3） 
④根據(jù)式（4）計算 EX、EY、εX、εY。           
 （4） 
由雙軸拉伸試驗得到膜紙材料 E-ptfe 的彈性模量和泊松比，其他材料如 ADC12、阻燃硅膠參數(shù)已知，各材料參數(shù)見表 2。 
表 2 防爆閥各材料參數(shù)表 
圖 8 防爆閥靜力學仿真模型   
 圖 9 上防護蓋位移云圖 
2.3 防爆閥靜力仿真分析
膜紙下表面受電池包內(nèi)部氣體壓力，力學表現(xiàn)為向上鼓起。當膜紙受到 12Kpa 壓力時，中心部位 Y 向位移為 4.442mm，沒有觸到頂針，不會發(fā)生破裂；當膜紙受到 18Kpa 壓力時，中心部位 Y 向位移為 6.663mm，沒有觸到頂針，不會發(fā)生破裂；當膜紙受到 25Kpa 壓力時，中心部位 Y 向位移為 9.254mm，觸到頂針，發(fā)生破裂。具體分析結(jié)果見表 3。上防護蓋下表面受氣體壓力作用，力學表現(xiàn)為帶動彈簧向上位移，由于上防護蓋與防爆閥主體之間有“0”型圈結(jié)構(gòu)，當上蓋位移大于 0.1mm 時，認為彈簧彈開，防爆閥通過彈開縫隙泄壓。通過仿真分析結(jié)果可知，當電池包內(nèi)氣體壓力到達 12Kpa 時，上防護蓋 Y 向位移為 0.107mm，大于要求的0.1mm，結(jié)果云圖如圖 9 所示。 
表 3 膜紙仿真分析結(jié)果 
3 結(jié)語
文中用 CFD 與靜力學仿真分析方法研究了電池包防爆閥隨工作狀態(tài)變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，在電池包內(nèi)氣壓小于 12Kpa 時，防爆閥通過膜紙及上防護蓋上預留小孔緩慢排氣；當氣壓大于 12Kpa 小于 18Kpa 時，防爆閥通過膜紙及上防護蓋彈開進行泄壓；當氣壓大于 25Kpa 時，膜紙破開，防爆閥通過防護蓋彈開泄壓。該防爆閥滿足電池包安全性能的要求。為設計電池包防爆閥提供了一種可行的研究方法。 
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25