随着电动汽车拥有量的迅速增加,动力电池的安全性问题得到越来越多的关注。锂离子电池凭借其高能量密度、高充电效率和长循环寿命,成为电动汽车的主要能量载体。锂离子电池必须组成电池模组才能满足电动汽车的使用需求,而目前对电池模组的机械完整性的研究还比较匮乏。本文从单体、模组和整车等多个尺度出发,对圆柱形电池模组在机械滥用工况下的安全性问题做了系统而全面的研究。本文首先建立电池单体的有限元模型,以此为基础建立模组的有限元模型,然后结合电池单体的短路失效判据,研究电池模组的结构特征对模组在受限压缩载荷下的结构响应和失效应变的影响。结果表明电池的堆积密度有最大的影响,有较大堆积密度的电池模组通常有较高的结构强度和较低的失效应变,其次堆积形式也有较大影响,而模组尺寸相比于由其造成的堆积密度的改变,其影响是非常微小的。其次为解决电动汽车整车碰撞模拟的电池建模问题,本文将电池模组看作均匀连续的宏观材料,提取模组的代表性单胞并施加周期性边界条件来获得模组的整体力学特性,使用弹塑性材料模型建立电池模组的均匀化模型。由于电池堆积密度对模组力学特性的影响,本文根据堆积密度对均匀化模型的弹性参数进行修正。利用电池模组的受限压缩实验以及细致模组模型的模拟对其进行验证,结果表明修正后的模组均匀化模型可以准确预测不同堆积形式和不同尺寸的模组在12%的压缩变形范围内的力学行为。由于模组均匀化模型可以采用较大的网格尺寸,在保证准确性的同时可以极大减少整车碰撞模拟的计算时间。然后以模组均匀化模型为基础,建立包含电池模组箱体和电池防护甲板的电池包(Pack)模型并嵌入整车模型,进行正面100%重叠刚性壁障碰撞模拟。通过对碰撞速度和电池Pack结构特征的正交试验模拟分析,综合研究了其对电池模组安全性的影响。结果发现,碰撞速度越高,电池模组越容易变形失效。排除碰撞速度的影响后,电池模组数量和电池箱体厚度对电池模组的安全性有较大影响。在电池质量保持一定的情况下,模组数量越多,模组尺寸越小,模组箱体厚度越小,电池模组就越安全。本文的研究结论可以为电池模组和电池Pack的结构优化设计提供参考。