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2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Battery Modelling for Crash Safety Simulation

verfasst von : Gernot Trattnig, Werner Leitgeb

Erschienen in: Automotive Battery Technology

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Finite element battery models used for crash simulation are effective tools for designing safe, lightweight battery systems for electric and hybrid electric vehicles. This chapter describes the currently available methods for integrating batteries into full-vehicle crash models and discusses their limitations at the present state of implementation. Innovative modelling approaches are able to determine the specific battery failure modes, such as short circuits and (electrolyte-) leakage. These methods are discussed and evaluated here based on their future applicability in the vehicle design process.

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Fußnoten
1
FMVSS: Federal Motor Vehicle Safety Standards.
 
2
ECE: Economic Commission for Europe.
 
3
NCAP: New Car Assessment Program.
 
4
ADAC: Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e. V.
 
5
IIHS: Injury Institute for Highway Safety.
 
6
SIMULIA Abaqus FEA, LSTC LS-Dyna, ESI Group PAM-Crash, Altair Engineering RADIOSS.
 
7
38.3 Drop Tests [4], FreedomCAR [5], EUCAR hazard levels.
 
8
All images of cylindrical cells in this chapter show type 26650 cells (26 mm diameter and 65 mm length).
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat ISO/IEC PAS 16898:2012 (2012) Electrically propelled road vehicles—dimensions and designation of secondary lithium-ion cells ISO/IEC PAS 16898:2012 (2012) Electrically propelled road vehicles—dimensions and designation of secondary lithium-ion cells
2.
Zurück zum Zitat Kramer F, Franz U, Lorenz B, Remfrey J, Schöneburg R (2013) Integrale Sicherheit von Kraftfahrzeugen: Biomechanik - Simulation - Sicherheit im Entwicklungsprozess. ATZ/MTZ-Fachbuch Kramer F, Franz U, Lorenz B, Remfrey J, Schöneburg R (2013) Integrale Sicherheit von Kraftfahrzeugen: Biomechanik - Simulation - Sicherheit im Entwicklungsprozess. ATZ/MTZ-Fachbuch
3.
4.
Zurück zum Zitat Recommendations on the transport of dangerous goods manual of tests and criteria (2009). Technical report, United Nations Recommendations on the transport of dangerous goods manual of tests and criteria (2009). Technical report, United Nations
5.
Zurück zum Zitat Crafts CC, Doughty DH (2006) Sandia report FreedomCAR electrical energy storage system abuse test manual for electric and hybrid electric vehicle applications. Technical report, Sandia National Laboratories Crafts CC, Doughty DH (2006) Sandia report FreedomCAR electrical energy storage system abuse test manual for electric and hybrid electric vehicle applications. Technical report, Sandia National Laboratories
6.
Zurück zum Zitat Cowper G, Symonds P (1958) Strain hardening and strain rate effects in the impact loading of cantilever beams. Applied Mathematics Report, Brown University, Providence Cowper G, Symonds P (1958) Strain hardening and strain rate effects in the impact loading of cantilever beams. Applied Mathematics Report, Brown University, Providence
7.
Zurück zum Zitat ESI Group (2012) Virtual performance solution 2010 ESI Group (2012) Virtual performance solution 2010
8.
Zurück zum Zitat Hill R (1950) The mathematical theory of plasticity. University Press, OxfordMATH Hill R (1950) The mathematical theory of plasticity. University Press, OxfordMATH
9.
Zurück zum Zitat Johnson G, Cook W (1983) A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and hight temperatures. In: Proceedings of the 7th international symposium on ballistics, The Hague, The Netherlands Johnson G, Cook W (1983) A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and hight temperatures. In: Proceedings of the 7th international symposium on ballistics, The Hague, The Netherlands
10.
Zurück zum Zitat Jones R (1999) Mechanics of composite materials. Taylor and Francis, Washington Jones R (1999) Mechanics of composite materials. Taylor and Francis, Washington
11.
12.
Zurück zum Zitat von Mises R (1913) Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand, Göttinger Nachrichten. Math Phys Klasse 4:582–592 von Mises R (1913) Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand, Göttinger Nachrichten. Math Phys Klasse 4:582–592
13.
Zurück zum Zitat Steinbeck-Behrens C, Steinbeck J, Schroeder M, Duan H, Hoffmann A, Brylla U, Kulp S, Pinner S, Rambke M, Leck L, Awiszus B, Bolick S, Katzenberger J, Schulz M, Runde S, Czaykowska A, Mager K (2012) Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung und Produktion von Fahrzeugen (VIPROF). Technical report, BMBF, Germany Steinbeck-Behrens C, Steinbeck J, Schroeder M, Duan H, Hoffmann A, Brylla U, Kulp S, Pinner S, Rambke M, Leck L, Awiszus B, Bolick S, Katzenberger J, Schulz M, Runde S, Czaykowska A, Mager K (2012) Durchgängige Virtualisierung der Entwicklung und Produktion von Fahrzeugen (VIPROF). Technical report, BMBF, Germany
14.
Zurück zum Zitat Sahraei E, Campbell J, Wierzbicki T (2012) Modeling and short circuit detection of 18659 Li-Ion cells under mechanical abuse conditions. J Power Sources 220:360–372CrossRef Sahraei E, Campbell J, Wierzbicki T (2012) Modeling and short circuit detection of 18659 Li-Ion cells under mechanical abuse conditions. J Power Sources 220:360–372CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Greve L, Fehrenbach C (2012) Mechanical testing and macro-mechanical finite element simulation of the deformation, fracture, and short circuit initiation of cylindrical Lithium ion battery cells. J Power Sources 214:377–385CrossRef Greve L, Fehrenbach C (2012) Mechanical testing and macro-mechanical finite element simulation of the deformation, fracture, and short circuit initiation of cylindrical Lithium ion battery cells. J Power Sources 214:377–385CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Wierzbicki T, Sahraei E (2013) Homogenized mechanical properties for the jellyroll of cylindrical Lithium-ion cells. J Power Sources 241:467–476CrossRef Wierzbicki T, Sahraei E (2013) Homogenized mechanical properties for the jellyroll of cylindrical Lithium-ion cells. J Power Sources 241:467–476CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Bai Y, Teng X, Wierzbicki T (2009) On the application of stress triaxiality formula for plane strain fracture testing. J Eng Mater Technol Trans ASME 131(2):021 002–1–10CrossRef Bai Y, Teng X, Wierzbicki T (2009) On the application of stress triaxiality formula for plane strain fracture testing. J Eng Mater Technol Trans ASME 131(2):021 002–1–10CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Basaran M, Wölkerling S, Feucht M, Neukamm F, Weichert D (2010) An extension of the GISSMO damage model based on lode angle dependence. In: LS-Dyna forum. Dynamore, Bamberg Basaran M, Wölkerling S, Feucht M, Neukamm F, Weichert D (2010) An extension of the GISSMO damage model based on lode angle dependence. In: LS-Dyna forum. Dynamore, Bamberg
19.
Zurück zum Zitat Gurson A (1977) Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: Part I yield criteria and flow rules for porous ductile media. J Eng Mater-T ASME 99:2–15CrossRef Gurson A (1977) Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: Part I yield criteria and flow rules for porous ductile media. J Eng Mater-T ASME 99:2–15CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Tvergaard V, Needleman A (1984) Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar. Acta Metall 32:157–169CrossRef Tvergaard V, Needleman A (1984) Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar. Acta Metall 32:157–169CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Anderson T (2005) Fracture mechanics—fundamentals and applications. CRC Press, Boca RatonMATH Anderson T (2005) Fracture mechanics—fundamentals and applications. CRC Press, Boca RatonMATH
22.
Zurück zum Zitat Kunter K, Heubrandtner T, Trattnig G, Mlekusch B, Fellner B, Pippan R (2011) Simulation of crack propagation in high strength automotive steel sheets using hybrid Trefftz method. In: 2nd European conference on eXtended finite element. Cardiff, UK Kunter K, Heubrandtner T, Trattnig G, Mlekusch B, Fellner B, Pippan R (2011) Simulation of crack propagation in high strength automotive steel sheets using hybrid Trefftz method. In: 2nd European conference on eXtended finite element. Cardiff, UK
23.
Zurück zum Zitat Knops A (2008) Analysis of failure in fiber polymer laminates: the theory of alfred puck. Springer, Berlin Knops A (2008) Analysis of failure in fiber polymer laminates: the theory of alfred puck. Springer, Berlin
24.
Zurück zum Zitat Kolling S, Haufe A, Feucht M, Bois PD (2006) A constitutive formulation for polymers subjected to high strain rates. In: 9th international LS-Dyna users conference. Detroit, USA Kolling S, Haufe A, Feucht M, Bois PD (2006) A constitutive formulation for polymers subjected to high strain rates. In: 9th international LS-Dyna users conference. Detroit, USA
25.
Zurück zum Zitat Boisse P (2010) Simulations of composite reinforcement forming. In: Dobnik Dubrovski P (ed) Woven fabric engineering. InTech, Rijeka, p 387–414 Boisse P (2010) Simulations of composite reinforcement forming. In: Dobnik Dubrovski P (ed) Woven fabric engineering. InTech, Rijeka, p 387–414
26.
Zurück zum Zitat P676: Methodenentwicklung zur Berechnung von höherfesten Stahlklebeverbindungen des Fahrzeugbaus unter Crashbelastung (2008). Technical report, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. Düsseldorf P676: Methodenentwicklung zur Berechnung von höherfesten Stahlklebeverbindungen des Fahrzeugbaus unter Crashbelastung (2008). Technical report, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. Düsseldorf
27.
Zurück zum Zitat Chauffray M, Delattre G, Guerin L, Pouvreau C (2013) Prediction of laser welding failure on seat mechanisms simulation. In: 9th European LS-DYNA conference. Manchester Chauffray M, Delattre G, Guerin L, Pouvreau C (2013) Prediction of laser welding failure on seat mechanisms simulation. In: 9th European LS-DYNA conference. Manchester
28.
Zurück zum Zitat Heubrandtner T, Scharrer G (2008) Hybrid-Trefftz formulation of spotwelds in car bodies. In: Leuven symposium on applied mechanics in engineering, pp 187–200 Heubrandtner T, Scharrer G (2008) Hybrid-Trefftz formulation of spotwelds in car bodies. In: Leuven symposium on applied mechanics in engineering, pp 187–200
29.
Zurück zum Zitat Malcolm S, Nutwell E (2007) Spotweld failure prediction using solid element assemblies. In: 6th European LS-Dyna users’ conference. Gothenburg, Sweden Malcolm S, Nutwell E (2007) Spotweld failure prediction using solid element assemblies. In: 6th European LS-Dyna users’ conference. Gothenburg, Sweden
30.
Zurück zum Zitat Szlosarek R, Karall T, Enzinger N, Hahne C, Meyer N (2013) Mechanische Prüfung von fliesslochformenden Schraubverbindungen zwischen faserverstärkten Kunststoffen und Metallen. Mater Test 10:737–742CrossRef Szlosarek R, Karall T, Enzinger N, Hahne C, Meyer N (2013) Mechanische Prüfung von fliesslochformenden Schraubverbindungen zwischen faserverstärkten Kunststoffen und Metallen. Mater Test 10:737–742CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Golubkov A (2013) Thermal-runaway experiments on consumer li-ion batteries with metal-oxide and olivin-type cathodes. In: RSC Advances Golubkov A (2013) Thermal-runaway experiments on consumer li-ion batteries with metal-oxide and olivin-type cathodes. In: RSC Advances
32.
Zurück zum Zitat Brödner S (2012) Gummidichtungen in der Hydraulik - Grundlegendes and Möglichkeiten der FE-Simulation. In: 15. Poly-King Event, Würzburg Brödner S (2012) Gummidichtungen in der Hydraulik - Grundlegendes and Möglichkeiten der FE-Simulation. In: 15. Poly-King Event, Würzburg
Metadaten
Titel
Battery Modelling for Crash Safety Simulation
verfasst von
Gernot Trattnig
Werner Leitgeb
Copyright-Jahr
2014
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-02523-0_2

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