现代关于软包电芯膨胀的研究结果

在开发下一代PHEV电池系统中，现代汽车对软包电芯的膨胀现象进行了研究，以便能更好地开发出标准模组。

现代选择研究的电芯是35Ah的NCM电芯，电芯的尺寸为292 mm x 96 mm x 8.8 mm，额定电压为3.7V。

测试的夹具和安装如下图所示，测试温度在40°C，充放电循环按照美国的UDDS和HWFET，这两个工况是EPA测试参考的主要工况条件。

测试设备与充放电循环工况

电芯在不同预紧力作用下的形变

对电芯施加10 kgf ~ 100 kgf（千克力，约9.8牛顿），电芯的厚度随着预紧力的增加而变小，说明软包电芯易受力而变形，同时也作为电芯自身的应力应变曲线。

在不同预紧力作用下的电芯应力变化

施加20kPa，40kPa的预紧力，对比分析可以看出，随着充放电的进行，应力在一个区间应力带内波动，预紧力越大，应力带越小，40kPa时应力带宽为4.9kPa，20kPa时应力带宽为6.8kPa；其次，应力越大，EOL（End of Life）时电芯间应力增加越大，40 kPa时应力增加了75%，20 kPa时应力增加了50%。从这里可以推知，如果预紧力设置不当，随着电芯的膨胀，应力会超过模组/PACK结构件的屈服极限，而变形甚至断裂。

充放电循环下电芯厚度的变化

同样以20 kPa和40 kPa不同的预紧力进行对比，随着充放电循环的进行，电芯厚度缓慢增加，但不同预紧力下的变化量区别较小。20 kPa条件下，电芯厚度增加了1.5%；40 kPa条件下，电芯厚度增加了1.2%。可以推断，在20 kPa条件下，在10万公里里程时，电芯厚度增加应在5%－7%之间。

充放电循环下电芯容量的衰减

在3种预紧力作用下对比可以看出，无预紧力情况下，电芯衰减最严重；20kPa和40kPa条件下，容量衰减较接近。这表明对于任何一款软包电芯，存在一个最优的预紧力，当超过最佳预紧力时，对防止容量衰减没有太大的改进，但过大的预紧力可能会导致随着电芯的膨胀，电芯间应力超过模组/PACK结构件的屈服极限。