当前课程知识点：汽车碰撞安全基础 > 第15讲：小型电动车及电池的碰撞安全性 > 15-4： 电池碰撞安全性研究 > Video
好 这是我们还没有研究呢
或者我们正在研究中
首先得把研究的思路理清楚
然后呢提出这么一个设计准则来
那看看我们做了什么研究
就是我们做的研究
怎么研究法
怎么研究
我一切思路
都按照人体的碰撞损伤保护来研究
说我人是怎么研究的
从1950年 到1960年代
做了这么多人体碰撞保护研究
说最早做了
就做人的尸体实验
胸部撞一下
看看断了几根肋骨
看看建立它的损伤机理
损伤容限对吧
你不就用实验的方法
建立人体的损伤容限嘛
所以今天我们干什么呢
我们就对电池的单体材料
电池的单体
做各种各样的变形载荷
你是中间挤一下了
压一下了 拉一下了
各种各样的载荷
就像我说的材料的损伤
评价那么复杂
然后我把电池的变形
变形模式
材料特性进行表征
来研究我刚才说的那件事
就是变形和冲击
跟短路的关系
我除了实验之外
我还希望用仿真的方式来研究
因为仿真不光是一个汽车的设计的手段
还是一个很好的研究的手段
所以我希望用
建立很好的模型来
怎么建模型
其实我上午已经讲了
就是要做很精细的材料实验
建立精细的电池模型
然后研究他里边的损伤机理
比如说 隔膜
它弄的很薄
你可能是说
是怎么几层叠起来
或者是什么
有可能就不会穿透了
在碰撞的情况下
所以这就是我们要研究的
要做很多实验了对吧
你的目的很清楚了
就是要找出电池的响应
或者损伤容限
我要研究的是
就是各种各样的关系了
电池在什么变形量下
在什么冲击加速度下
能够不发生短路
他的核电量50%充电
70%充电 0%充电
究竟有什么影响
它对速度肯定有依赖
对大小有依赖
对冲击模式肯定有依赖
你是一个电池
一个圆柱状电池
你是中间去挤压
还是均匀挤压
同样的变形下
你中间去挤它
肯定容易造成短路 对吧
所以它肯定跟变形模式也相关
这些事呢就是还没有弄的很清楚
最后呢我们就把这些
希望把这些关系来找出来
已经有了初步的结果
有些是我们的结果
有些是学界其他研究室的结果
我列一个比较简单的
跟我们课题组合作比较多的
MIT
我就是从这个实验室毕业的
那你看他们比我们做的早
若干年前他们就拿了电池
就从商店里买一个小电池
然后实验机上压一下
它就把这个取现做出来了
说 就是这个电池要被压狠
我解释一下这四条曲子
这四条曲线呢
横轴都是时间轴
就是随着变形历程发展
那上面这两条曲线
其实他应该把四条曲线画在一起
上面这两条曲线
这个蓝色的直线
是变形位移长
位移对时间的函数
我就均匀的压位移越来越大
红色的这个线是力的响应
你一看非线性响应
这对吗
它一个圆柱状的电池
里边还破坏了
肯定是一个非线性响应
那好 当我唯一压到最大的时候
壳体发生了破坏
然后 力就掉下来了
这红色是力
力就掉下来
这是一个观点的一个点
然后我还测什么呢
我还测电压和温度
下面这个图呢
蓝色的是电压
他这个电压呢
一直保持一个常态 对吧
他是充满电了
比如说几个伏特
四个伏特也好
这个是常数
同时我监控他的温度
红色的是温度
当结构发生破坏的时候
最大载荷点
当载荷往下掉的时候
很高兴的看到
电压在往下掉
而且掉的很快
电压为什么
突然从三个伏特掉到零了
短路了 对吧
然后温度之后就上升了
因为你短路了就升热了
所以呢它这么一个简单的实验
就把结构或者材料的破坏
以及那个载荷点
跟电压的陡降
跟热的产生
很简单的一个关系
当然了实际这一个初步研究了
实际的电池
肯定要比这个复杂很多了 对吧
所以就找到了这么一个
我这写的这个关系
随着锂电池单体上压痕的深入
内部材料发生了失效
导致外载荷开始下降
进而引发了电压的陡降
几乎降到零
说明里边发生了短路
短路一发生
开始散热
温度就开始上升 没着火
但是因为这个温度
还没有升的太高
那在我们实验室呢
按照这个思路
我们不是做碰撞安全的嘛
我有这么好的冲击实验设备
所以我就把
他们这个思路
做到冲击载荷上
就是我想我接手的
我们有八米高的落锤
这是一个录像
我在落锤的底部呢
把电池放在这儿
砸一下均匀的压缩
当时我带本科生来做实验
好几年前了
我咱们这个实验项目
因为本科生做不了太多事情嘛
就一个目的
你能够把电压的测量
给我做出一个成功的实验就行了
结果我们是实验就做成了
说把电池砸一下
这个红色呢
红色这条曲线是位移 对吧
你越砸位移越大嘛
位移上升
然后这个蓝色是我们监控的电压
这个电压呢
你看就这么巧
当位移达到最大
开始下降的时候
也就锤头开始回砸
就当时你把这电池开始砸坏的时候
电压就开始下降
就我们大概得到了一个
粗略的一个想法
一个摸出来一个规律
就是总是在结构发生破坏的时候
电压开始下降
你不研究我也知道这个事
但是我是定量研究
实际上我们后来最近的研究
比这还要复杂
我一直按这个思路说
结果误导了学生
在有些电池结构的设计情况下
这两个点不一定重合的那么好
这就把事情复杂化了 对吧
那我希望是结构破坏
不要短路这是最好的
所以越研究越复杂
或者说电池越设计越好
所以我们是大概可能是
第一个实验室做出来
在冲击载荷下电池的破坏
导致的电压的陡降
目标就是要做出这么一个关系来
关系再重复一变
外面的冲击变形
导致内部的损伤 短路
热量积累 温度上升 热失控
热失控是学术名词
我们俗称叫着火
那这么一个关系呢
我们实验室最著名的就是发表论文慢
我讲的自适应约束系统
一个专利都没有
一篇论文都没有
也是三年的研究
一篇论文都没有
一个专利都没有
为什么呢
还且研究呢 对吧
但是我先把这个跟大家分享一下
同时我们还把电池的研究呢
总是要研究车嘛
跟车联系起来
你不能那边去
认真的细致的研究
电池的材料和单体的变形
车的事也不能忘了
所以2013年10月1号
在西雅图发生了
特斯拉被媒体
报的很多的事故之后呢
很巧
那一年从2013年的1月份到12月份
一整年我们实验室的夏勇教授
很能干的一个年轻老师
在MIT访问 做访问学者
我讲的所有材料的冲击损伤
实验方法
基本上都是他带着学生做出来
他那一年在MIT访问
访问的过程中呢
突然发生这么一个事故
他那教授
你看那新闻了没有
发生那么一事故
咱们这研究有这么好的电池模型
咱把这事故给仿真一下
或者咱们研究研究这事故是怎么发生的
他这个时候很快
因为老师做总比学生做的快
我做一整年才能把这条曲线
把这一个实验给做成
这老师的话
一个月俩星期就做成了
他就拿他手里已经有的电池模型
虽然还比较粗糙
然后从新闻媒体里边
去看这个车的结构
各种报道
因为特斯拉很著名嘛
很多信息都能找到
大概建了这么一个电池箱的模型
但基本尺寸
18650都知道嘛 650毫米
18毫米
然后呢
他也知道
这个事故呢
是因为底面有一个异物
某种原因飞起来
打到了车的底板上
它就做了这么一个仿真
同时来仿真一下
这么一个异物
他也不知道这异物长什么样 对吧
大致的对底板的穿透
斜穿透 正穿透等等
它前提条件
得有一个电池模型
尽管这电池的材料模型
还不一定很完备
就解释了整个事故发生的过程
力学机理 电池的损伤
还包括异物的运动
虽然中间做过很多假设
但是对这事有个大概了解
就在journal of power source发表了论文
去年 实际上
除了我们研究的电池材料
和着火的风险之外
还有一个很有意思的发现
去年8月份
我跟夏老师
去访问特斯拉的时候
也跟大家分享
我说你们的这个车比普通的车
是不是地板过低了
他说对
因为我要放这么多电池在地板上
我地板上要放电池
那要么就是人坐高点
人坐高点
车就得高点
车高一点呢
空气动力学一大堆事就来得了
所以我人不想做太高
那电池还有占了空间
那怎么办
只好把地板放低一点
所以其实他地板放的太低了
也导致了事故发生
至少是可能性之一
我们夏老师就模拟了说
如果这地板稍微高一点
当然是等于是事故回归了
不一定很准确了
你绷起来的这东西
说不定打上来的接触速度
就没有那么强
这个侵入就没有那么深 对吧等等
所以这是一个
很有意思的应用性的研究
-1-1：汽车安全问题的背景
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-1-2：车辆碰撞过程
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-1-3：汽车安全的定义
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-1-4：乘用车组件及车身结构碰撞区域
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-1-5：汽车碰撞的类型和碰撞设计要求
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-1-6：汽车碰撞安全设计与分析过程
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-2-1：汽车碰撞波形的定义
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-2-2：发动机对碰撞波形的影响
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-2-3：车辆运动学分析
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-2-4：乘员运动学分析
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-2-5：乘员动力学(1)
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-2-6：乘员动力学(2)
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-补充：整车碰撞试验视频
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-2-7：基于等效方波的质量弹簧模型及约束系统刚度设计
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-2-8：碰撞波形与乘员的约束系统设计匹配（上）
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-2-9：碰撞波形与乘员约束系统设计匹配（下）
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-3-1：冲击载荷下人体的受伤机理
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-3-2：冲击载荷下人体的力学响应
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-3-3：人体的损伤容限
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-3-4：人体冲击力学的试验方法
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-3-5：冲击载荷下人体胸部的力学响应
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-3-6：人体胸部碰撞损伤容限
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-3-7：冲击载荷下人体头部的力学响应与碰撞损伤容限
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-3-8：人体其他部位碰撞损伤研究
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-作业1
-4-1：碰撞假人演变和开发历史
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-4-2：混III 50百分位假人的结构
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-4-3：其他碰撞假人
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-4-4：假人的生物逼真度控制和改进
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-4-5： 碰撞假人主要结构介绍
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-4-6：典型整车碰撞试验过程介绍
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-4-7：典型滑车碰撞试验
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-补充1 正面100%重叠刚性壁障碰撞试验
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-补充2 正面40%重叠可变形壁障碰撞试验
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-补充3 可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-5-1：安全带与气囊的功能
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-5-2：安全带结构
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-5-3：气囊的结构与工作原理
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-5-4：气囊的潜在危险性
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-5-5：气囊对离位乘员的危险性
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-5-6：碰撞感知的概念与难点
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-5-7：点爆策略的制定过程
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-5-8：周青教授解读汽车乘员约束系统工作原理
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-6-1：汽车座椅的结构
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-6-2：颈部挥鞭伤及影响因素
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-6-3：座椅的功能和碰撞安全性设计
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-6-4：防挥鞭伤的原理和保护装置
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-6-5：座椅刚性和柔性的争议
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-6-6：基于座椅滑动的尾撞乘员保护
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-6-7：座椅主要结构及功能介绍
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-6-8：基于座椅滑动的尾撞乘员保护(会议报告版)
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-作业2
-7-1：儿童乘员碰撞保护问题
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-7-2：儿童身体生物力学特性及伤害研究
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-7-3：获取儿童损伤生物力学特性数据及儿童假人设计
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-7-4：儿童乘员约束系统
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-7-5： 儿童乘员约束系统碰撞性能评价
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-7-6：儿童座椅台车试验过程介绍
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-7-7：儿童约束系统使用正确与否的对比
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-8-1：碰撞法规试验的单一性与交通事故的多样性
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-8-2：自适应乘员约束系统优化仿真平台
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-8-3：可调式乘员约束系统构型优化结果56kph工况
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-8-4：可调式乘员约束系统构型优化结果40kph工况
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-9-1：侧面碰撞保护设计评价方法
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-9-2：侧面碰撞过程分析
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-9-3：髋部缓冲衬垫设计考量举例
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-9-4 ：侧面碰撞缓冲衬垫设计
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-9-补充1：车与车侧面碰撞试验
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-9-补充2：C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-9-补充3：侧面柱碰撞试验
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-9-补充4：可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-10-1：乘员头部碰撞问题的背景
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-10-2：力学建模及其依据
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-10-3：研究结果如何指导乘员头部碰撞保护设计
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-10-4：乘员头碰撞小结
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-作业3
-11-1： 行人碰撞事故特点及伤害
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-11-2：行人下肢碰撞损伤机理研究
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-11-3：行人安全评价方法、法规及实验模块
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-11-4： 基于行人模块试验评价方法利弊
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-11-5：车辆前端结构的行人碰撞保护设计
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-11-补充1 行人碰撞保护中成人及儿童头模块碰撞试验
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-11-补充2 行人碰撞保护中下肢模块碰撞试验
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-12-1：薄壁管件轴向压溃设计和分析
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-12-2：塑性铰的概念
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-12-3：薄壁方管轴向压溃变形模式和机理及其力学模型
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-13-1：结构和材料碰撞响应之复杂性
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-13-2：冲击载荷下材料的表征与测试-材料特性的复杂性
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-13-3：冲击载荷下材料的表征与测试-应用环境的复杂性
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-13-4：冲击载荷下材料的表征与测试-试验设计与优化
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-13-5：碰撞载荷下材料和结构的建模与仿真
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-作业4
-14-1：影响两车相撞安全性的因素
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-14-2：具体说明重量、刚度、几何尺寸等如何影响两车相撞安全性
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-14-3： 不同重量级别汽车的安全性设计
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-14-4：事故统计及车重的发展
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-14-5：轻量化技术对汽车安全利大于弊
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-15-1：电动车事故
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-15-2： 电动车电池排布及电池的细观结构
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-15-3： 电池的起火条件及设计准则
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-15-4： 电池碰撞安全性研究
--Video
-15-5：小型轻量化电动车的碰撞安全性研究
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