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Virtual Vehicle Research GmbH使用ZwickRoell产品优化了电池安全性

案例学习

  • 客户: Virtual Vehicle Research GmbH
  • 地点:奥地利格拉茨
  • 行业: 汽车
  • 主题: 测试电池安全性:对电池部件进行力学表征,以参数化有限元单元仿真模型

2024年7月

Virtual Vehicle Research GmbH使用ZwickRoell测量技术创建有限元单元仿真模型参数,这些参数可以精确描述电池部件在变形情况下的材料性能。实际应用:这些模型用于预测内部短路,从而提高电池安全性。机械测试的结果为模拟碰撞载荷下的电池奠定了基础。

任务 竞争力 解决方案 结果 产品

Virtual Vehicle Research GmbH公司致力于未来出行的研究

Virtual Vehicle Research GmbH是一家国际研究与开发中心,专注于车辆技术和未来出行。公司成立于奥地利格拉茨,与行业合作伙伴、大学和研究机构合作,共同开发创新技术与方法。其重点是开发流程的数字化和虚拟化、车辆的安全性和效率以及可持续的出行方式。

Virtual Vehicle Research GmbH的核心竞争力包括车辆部件的仿真和验证、辅助系统的开发以及动力传动系统的优化。通过专注于跨学科研究和实用解决方案,该公司在汽车行业的进一步发展中发挥着重要作用,并为向智能和环保出行概念的转变提供支持。

ZwickRoell在电池安全性测试领域具有顶级竞争力

  • 为电池安全性测试产生可再现的测试结果
  • 试验机的准确度和测量精度
  • 提高时效
  • 良好的项目和合作伙伴沟通
  • 小心处理电池部件
  • 创新的产品和解决方案

任务

电池:实际条件下的部件力学表征

锂离子电池(LIB)包含有毒且易燃的液态有机电解质。该电解质使离子在电极之间流动,因此是确保LIB功能的基本组成部分。电解质主要基于导电盐(通常是六氟磷酸锂),导电盐溶解在各种有机碳酸盐中,例如碳酸乙烯酯(EC)或碳酸二甲酯(DMC)。

为了创造真实的材料测试环境,Virtual Vehicle Research GmbH需在电解质湿润状态下测试部件,这是非常重要的。为了遵守测试实验室的安全法规,还使用了一种不需要六氟磷酸锂(LiPF6)的替代电解质。

ZwickRoell的核心任务是在实际条件下对电池的所有单个部件进行力学表征。一个主要的挑战是夹持电解质湿润试样,例如隔膜,其通常非常薄(约20 µm)且较柔软。这尤其需要细致的处理和极大的耐心。

ZwickRoell电池安全性测试解决方案

用于力学表征的拉伸和压缩试验

第一个任务是制作合适的电池部件试样。ZwickRoell使用冲切工具切割出矩形隔膜试样。重点在于陶瓷涂层的隔膜,因为它对于防止短路起着关键作用。隔膜的作用是在电气和空间上分离电极。隔膜试样一方面在干燥状态下进行测试,另一方面在电解质浸湿(“湿润”)状态下进行测试。通过这些测试,可以展示隔膜的不同失效行为。

用于压缩试验的试样总共有100层,各层彼此堆叠。这样做的原因是:增加了测试中长度变化的测量精度。施加预置力以封闭层之间的间隙。为确保结果的可再现性,每种试验配置共进行五次试验。使用的试验机是

A ZwickRoell Z100 AllroundLine,配备了Xforce 100 kN力传感器。在压缩试验中,使用横梁位移测量系统测量位移,同时考虑了试验机的刚度。在拉伸试验中,使用视频引伸计进行应变测量

有关使用ZwickRoell产品进行电池测试的更多信息

“与测试数据一同及时提交的综合且经过专业准备的测试报告特别值得一提,它反映了对单个电池部件的小心处理和试验机的高精度。尽管在处理模仿真实环境条件的电解质湿润状态下的极薄单个电池部件时存在重大挑战,ZwickRoell的测试工程师还是能够生成可再现且可靠的测试结果。”


Patrick Kolm博士,高级研究人员 │ 电池碰撞安全性

结果

有关隔膜机械变形行为的发现

拉伸试验:
图1显示了拉伸速度(10 mm/min、100 mm/min和500 mm/min)的影响以及电解质对隔膜试样的影响,以横向为例进行测试。“湿润”测试隔膜从替代电解质浴槽(由二甘醇碳酸酯和碳酸乙烯酯混合而成)中取出后立即进行测试。测试结果表明,“湿润”隔膜试样比“干燥”试样具有更高的刚度。

总体上可以观察到,浸泡在电解质中的陶瓷涂层隔膜在承受拉伸应力时表现出更大的刚度。通过在隔膜表面涂覆Al2O3,表面形成了粗糙且多孔的结构。变形阻力更高的一个可能原因是涂层与电解质之间基于粘附力的相互作用。

压缩试验:
图2显示了电解质对隔膜叠层机械变形行为的影响。它显示了之前浸泡在替代电解质(由二甘醇碳酸酯和碳酸乙烯酯混合而成)中的隔膜叠层与“干燥”叠层的力-位移曲线对比。测试结果表明,“湿润”隔膜叠层在力增加方面明显低于“干燥”叠层。总体上可以观察到,浸泡在电解质中的隔膜在压缩载荷下表现出更低的刚度。这些发现证实了方向相关表征对于电池仿真模型中隔膜的真实参数化至关重要。

展望:
Virtual Vehicle和ZwickRoell之间关于通过应用创新测试方法对压缩载荷下的电池部件进行力学表征的合作正在进一步加强。作为科学项目的一部分,将使用高精度的ZwickRoell测量技术来表征压缩载荷下的极薄(μm级别)单层部件试样,以不断提高仿真材料数据的质量。

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