針對(duì)軟包電芯的膨現(xiàn)象，現(xiàn)代在一份材料中公布了其研究結(jié)果，并設(shè)計(jì)了一款標(biāo)準(zhǔn)化的模組，以應(yīng)用在下一代的PHEV中。

標(biāo)準(zhǔn)模組的設(shè)計(jì)

首先，4個(gè)電芯組成一個(gè)子模組即sub-module，如下圖所示，子模組的主要零部件包括墊片、液冷板、電芯支架Cartridge；不同的軟包電芯長(zhǎng)寬可以控制為同樣的尺寸，通過(guò)厚度的增減來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的容量，因此，兼容不同電芯時(shí)，引入隔墊spacer，通過(guò)隔墊厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)子模組的外形尺寸不變。這里不變的是電芯支架，模組側(cè)板，二者用于固定軟包電芯。墊片通過(guò)被壓縮來(lái)提供各電芯表面（大面）所需要的預(yù)緊力。

4個(gè)子模組再組成模組，在設(shè)計(jì)例子中共有16個(gè)電芯/模組；模組的其他組成主要包括：上下蓋板，側(cè)板。長(zhǎng)螺栓，用于最后將子模組鎖緊，并產(chǎn)生預(yù)緊力。每?jī)蓚€(gè)電芯之間一個(gè)液冷板。

模組組成與構(gòu)成方式

整個(gè)PACK由3個(gè)模組組成，主要結(jié)構(gòu)件包括2個(gè)端板，以及一些支撐桿構(gòu)成。

PACK組成與構(gòu)成方式

關(guān)于電芯膨脹力與模組/PACK所受應(yīng)力關(guān)系

電芯的初始表面壓力是由墊片的壓縮特性和變形比決定的。初始變形量通過(guò)選擇墊片的厚度和電池之間的初始間隙,來(lái)確定。軟包電芯的變形量和模組/PACK的結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖所示。

在電芯由剛度很大的的結(jié)構(gòu)預(yù)緊固定時(shí)，電芯的老化不會(huì)帶來(lái)明赤的膨脹厚度，而電芯在自由狀態(tài)時(shí)，電芯老化會(huì)使膨脹增加10-11%的厚度。

圖中MOL(MiddleofLife)是一條特殊的曲線，表示壓縮墊片被完全壓縮時(shí)的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，墊片的最大壓縮比是80%。可以看出，在軟包電芯的固定結(jié)構(gòu)剛度很大時(shí)，隨著電芯的膨脹，其厚度逐漸增加，由于電芯厚度的增加被壓縮墊片壓縮消化掉，所以整個(gè)PACK的尺寸變化很小；當(dāng)壓縮墊片達(dá)到最大壓縮比時(shí)，電芯繼續(xù)膨脹，則PACK結(jié)構(gòu)所受到的壓力快速增加。

對(duì)于電芯固定結(jié)構(gòu)剛性較弱的情況，電芯膨脹的厚度會(huì)大于剛性強(qiáng)的情況，但PACK受到的應(yīng)力相對(duì)小很多。

如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，電芯的預(yù)緊力過(guò)大，隨著電芯的膨脹，PACK受到的應(yīng)力會(huì)超過(guò)其屈服極限，從而導(dǎo)致PACK結(jié)構(gòu)變形，帶來(lái)安全隱患。

仿真與測(cè)試驗(yàn)證

現(xiàn)代的設(shè)計(jì)案例使用的是軟包35Ah電芯，電芯材料為NMC，尺寸為292mmx96mmx8.8mm，額定電壓為3.7V；壓縮墊片的厚度為1.3mm；初始預(yù)緊力為20kPa；其他結(jié)構(gòu)材料見下表。

對(duì)PACK進(jìn)行模擬測(cè)試時(shí)，充電使用CC-CV方式進(jìn)行1C充電，放電按美國(guó)UDDS和HWFET的工況進(jìn)行，整個(gè)SOC在15%－95%區(qū)間。

下圖是電芯和PACK的容量衰減圖，初期PACK容量低于電芯的容量主要在于電芯單獨(dú)測(cè)試時(shí)夾具的力比PACK夾具傳遞的力大，墊片壓縮后逐漸達(dá)到相的應(yīng)力。

對(duì)模組/PACK進(jìn)行變形和應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行仿真，壓縮墊片的初始變形量為0.1mm，預(yù)緊力為20kPa，在EOL時(shí)，模組側(cè)板的最大位移為0.94mm，PACK的端板最大位移為1mm；模組的最大應(yīng)力在側(cè)板，為85.1MPa，PACK的最大應(yīng)力在于側(cè)邊的支撐桿，為406.5MPa。最大的應(yīng)力都處于屈服極限范圍內(nèi)，結(jié)合測(cè)試來(lái)看，既能夠滿足膨脹條件下的電芯性能和PACK結(jié)構(gòu)安全性的要求，也能夠滿足壽命要求。