2024年3月21日发(作者:太叔雁梅)
汽车技术·AutomobileTechnology
动力电池包抗振动安全性设计研究*
符兴锋
1
李罡
1,2
曾维权
1
刘静
1
杨勇
1
(1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州511434;2.华南理工大学,广州510640)
【摘要】
为改善电动汽车用动力电池包的抗振动安全性,利用有限元分析方法构建了动力电池包强度、刚度和抗振动
性寿命失效分析模型,以有限元仿真结果为指导,优化了电池包的内、外部结构和焊接方式。仿真和试验结果表明,优化后
的动力电池包满足国家标准对电池包抗振动性能的要求,具有良好的抗振动安全性。
主题词:动力电池包
中图分类号:U467.1
抗振动性失效分析安全
DOI:10.19620/.1000-3703.20170056文献标识码:A
AResearchonPowerBatteryPackAnti-VibrationSafetyPerformance
(houAutomobileGroupCo.,tiveEngineeringInstitute,Guangzhou511434;hina
【Abstract】Toimprovepowerbatterypackanti-vibrationsafety,powerbatterypackstructuralintensity,stiffnessand
antideofFEAcalculationresults,
optimizationdesignabtandsimulation
resultsprovethattheoptimizedbatterypackcanmeetrequirementofnationalstandardonbatterypackanti-vibration
performanceandhaveexcellentanti-vibrationsafety.
UniversityofTechnology,Guangzhou510640)
FuXingfeng
1
,LiGang
1,2
,ZengWeiquan
1
,LiuJing
1
,YangYong
1
Keywords:Powerbatterypack,Anti-vibrationperformance,Failureanalysis,Safety
1前言
动力电池是电动汽车最重要的零部件之一,其安全
性直接影响到电动汽车的使用性能。GB/T31467.3—
2015将电池包的16项安全性测试纳入强制检测范围。
电池包的抗振动性要求是其中的重要内容,也是电池包
布以来,广大学者针对电动汽车的耐振动性进行了积极
的研究
[1-4]
,但关于电动乘用车用电池包的研究成果相
对较少。本文通过有限元仿真分析结合试验验证的方
法,研究提高纯电动乘用车用动力电池包安全性的有效
措施。
安全性要求中最难通过的几项测试之一。国家标准发
个方向上依次进行。
图1所示为本文研究的某纯电动乘用车动力电池
包布置位置示意。该动力电池包布置在汽车地板下,
由9个安装点固定在车身两侧的纵梁和后副车架前安
装横梁上,因此动力电池包还需要满足电动汽车使用
的强度和刚度设计要求,此外,还需满足IP67的防护等
级要求。
2动力电池包的抗振动安全性要求
本文研究的动力电池包布置在电动汽车乘员舱下
部,根据GB/T31467.3的要求,在抗振动性测试时,需要
将其安装在振动试验台上,振动测试在Z轴、Y轴、X轴3
图1动力电池包布置位置示意
*基金项目:广东省重大科技专项(55018);广东省科技厅科技计划项目(2013B0906001)。
-12-
汽车技术
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
动力电池包的强度和刚度分析载荷工况根据企业
的实际测试数据整理为:纵向和横向加速度均为±3g,
垂直加速度为±6g的复合载荷工况,同时,安装在整车
后,还需满足整车模态频率大于20Hz的要求。
3动力电池包有限元分析计算方法
动力电池包有限元分析使用结构应力计算方法。
假设在有限元模型中,1条焊缝上存在有2个计算节点,
其间距为l,应力分别为F
y1
和F
y2
,沿焊缝方向单位厚度
的线性力分别为f
y1
和f
y2
,则有平衡方程:
t
F
yi
+
∫
0
f
y
(
x
)
dx=0
(1)
(2)
求解方程,得到节点处的线性力和线性转矩:
∑
∑
t
F
yi
x
i
+
∫
f
y
(
x
)
xdx=0
0
f
y1
=2
(3)
f
(
2F
y1
-F
y2
)
l
y2
=2
m
(
2F
y2
-F
y1
)
l
(4)
x1
=2M
x1
-M
x2
(5)
m
(
2
)
l
x2
=2
(
2M
x2
-M
x1
)
l
(6)
式中,t为电池包钣金厚度;m
x1
和m
x2
分别为节点处沿焊
缝方向单位厚度的扭矩;M
x1
和M
x2
分别为节点处沿焊缝
方向的节点扭矩。
应力梯度变化不明显的情况下,可以通过每个计算
单元的线性力和线性转矩计算出准确的结果。但实际
建模时,焊缝单元的形状、尺寸和应力梯度变化往往很
大,需要考虑整个焊缝虚线通过建立联立方程组的方式
来求解焊趾单元的线性力和线性转矩:
é
é
ê
l
1
3l
1
600…0
ù
ê
F
1
ù
ê
l
1
ê
F
2
ú
ê
6
(
l
1
+l
2
)
3l
ú
2
60…0
ú
ú
ê
ú
ê
ê
0l6
ê
⋮
ê
ë
⋮
ú
ú
=
ê
ê
ê
ê
00
(
l
ú
21
⋮
+l
2
)
3
⋮
l
3
6
⋮
00
ú
0
ú
ú
ú
ú
(7)
F
ú
ê
ê
n
û
ê
ê
⋮⋮
ë
…
⋮⋮
0
(
l
n-
l
2
+l
ú
ú
n-1
)
3l
n-1
ê
0…
6
ú
ú
n-1
6l
n-1
3
ú
û
大量试验数据分析表明,焊缝扩展失效过程可以分
为短裂纹阶段(0断裂阶段(a/t>1),其中,a为断裂失效判断系数,断裂阶
段代表样件已经发生断裂失效
[5-6]
。
4动力电池包强度和刚度有限元分析
利用HyperMesh中的Nastran模块建立焊点的有
限元模型,建模过程中,选用多种类型的单元焊点模
型来模拟点焊连接,金属板的弹性模量E=210GPa,密
度ρ=7850kg/m
3
,泊松比μ=0.3,焊点单元的修改采用
2018年第5期
HyperMesh
元节点的连接区域不同分为
中的Connector。片与片的连接方式根据单
ELEMID(elem-elem)和
ELPAT
点,辅助点构成的四边形面积等价于焊点截面积
(patch-patch)两种,焊接面上可以产生4个辅助
[7-10]
。
电池包上盖采用SMC材料,拉伸强度95MPa,拉伸
模量5GPa,断裂延展率1.5%,弯曲强度140MPa,弯曲
模量4.9GPa。电池包下壳体和支撑板材料为CR340,
电池包底部托架材料为HR550。电池包有限元模型如
图2所示。
Y
Z
X
图2电池包仿真分析有限元模型
对动力电池包进行模态强度有限元分析,振型图如
图3所示。电池包第1阶模态分析结果为25.4Hz,满足
设计要求。
图3电池包模态分析振型图
动力电池包Z向-6g垂直冲击工况强度、刚度仿真
结果分别如表2、图4所示。由表2可知,动力电池包安
装支架最大应力远超过材料屈服极限,不满足设计目
标,其他安装点的最大应力满足设计目标。由图4可
知,该工况下,电池包支架最大变形量为7.25mm,满足
设计目标。
表2动力电池包强度仿真计算结果MPa
部位材料屈服强度最大应力仿真结果
前地板侧梁
423259
动力电池包支架
5341012
后地板下横梁
356273
动力电池包Z向振动耐久性仿真结果如图5所示,
后安装梁部分Z向振动耐久性寿命低于1h,远低于国
家标准要求的21h,不满足振动耐久性要求。与此类
-13-
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
似,Y向振动相同区域耐久性寿命低于24h,X向振动耐
久性寿命高于24h。即仅X向振动耐久性寿命仿真结
果满足要求。
轮廓点位移
7.248
/mm
6.615
5.982
5.349
4.716
4.083
3.450
2.817
2.184
1.551
最大应力:7.248
7.248mm
最大应力点:742426
最小应力:1.551
最小应力点:12584
图4电池包强度刚度分析结果
寿命/h
9.3×10
-6
1.0
2.1×10
1
1.0×10
3
1.0×10
5
2.0×10
8
2.5×10
12
3.3×10
20
5.0×10
25
-6
1.0×10
30
9.3×10h
图5电池包Z向振动耐久性仿真结果
5动力电池包强度和刚度有限元优化
针对仿真分析中动力电池包支架强度不足和Z
向、Y向振动耐久性寿命不足的问题,进行针对性的优
化设计。
5.1动力电池包结构优化设计
对电池包和相关联的应力较为集中的部分进行优
化设计,将相关焊接或安装位置的应力降低到屈服强
度以下。
图6所示为电池包底部托架应力较大部分的结构
优化设计结果,将电池托架不连接的部分通过优化更改
结构,连接为一个个整体零件并焊接在一起,大大降低
了开裂或断开的风险。对于原结构仿真分析中焊点不
足容易开裂失效的部分,通过调整焊接结构或增加焊点
的降低应力集中。
图7所示为电池包内部结构设计优化示意,电池包
内部应力较大、容易开裂的横梁和纵梁结合部分增加
焊接衬板,进行针对性加强,以提高抗振动耐久性强
度;将原有的3根内部纵梁延长,内部通过三层焊接工
艺将底部的支撑横梁支架、外部纵梁焊接在一起,提高
了电池包的整体刚度,并将可能受到的振动冲击力尽
可能传递到电池包的安装固定点上,以减小应力集
-14-
中。在应力集中相对较高的部分改用屈服强度更高的
高强度钢。
接头调整
(a)焊接结构
(b)支架焊接结构
图6电池包外部结构优化设计
图7电池包内部结构优化设计
5.2动力电池包结构优化仿真计算
将优化后数模重新进行有限元建模,施加Z向-6g
垂直冲击工况进行分析
[10-12]
。
电池包最大变形量减小为4.38mm,电池包模态频
率为26.8Hz,最大应力仿真结果如表3所示。在模态、
最大变形量和最大应力满足设计要求的前提下,电池包
整体抗振动安全性能有了大幅度的提升
[13]
。
表3动力电池包优化强度仿真计算结果MPa
部位材料屈服强度最大应力仿真结果
前地板侧梁(GC420LA)
423
动力电池包支架(780DP)
534
161
后地板下横梁(GC340LA)
356
462
147
图8所示为优化设计后的电池包Z向振动耐久性
仿真计算结果。由图8可知,除电池包上、下箱体的安
装螺母和安装支架与车身安装孔间的抗振动性寿命较
低外,电池包其他部分的局部应力点均在a/t<1范围,特
别是优化前易失效的位置强度均有明显改善,基本满足
抗振动性寿命要求。
汽车技术
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
寿命
1.0×10
/h
1.0
-5
2.1×10
5.616×10
-2
h
1.0×10
1
1.0×10
2
2.0×10
5
最大值:1.0×10
30
2.5×10
8
壳体单元编号:297600
4.646×10
-2
h
3.3×10
12
最小值:1.0×10
-5
5.0×10
18
壳体单元编号:61188
1.0×10
24
30
1.558×10
-4
4.243×10
-2
h
h
Y
Z
X
图8优化后电池包Z向振动耐久性仿真结果
图9所示为与动力电池包安装相关的车身支架焊点
结构优化设计后的仿真分析计算结果,结果表明,优化
后的车身安装支架应力明显降低,焊点位置抗振动性分
析为a/t>1,满足抗振动寿命要求。对于图8中部分螺栓
和螺母位置存在可能不满足抗振动性寿命要求的现象,
综合相关试验和仿真结果可知,螺栓安装位置的应力仿
真计算结果存在一定偏差,在类似电池包的抗振动性试
验中失效位置实际测试的结果均未出现失效情况,因此
可以预估电池包优化后的抗振动性寿命满足设计要求。
压力/MPa
压力
430.1
379.3
/MPa
382.3
337.2
334.5
286.8
295.0
239.0
252.9
191.2
210.7
143.4
168.6
95.6
126.4
47.8
84.3
6.13×10
-13
42.1
7.58×10
-13
最大值:430.1
编号:1150200
最大值:379.3
最小值:6.13×10
-13
编号:1149756
编号:1121795
最小值:7.58×10
-13
编号:1149362
图9优化焊点结构部分仿真结果
6试验
根据试验的要求将电池包模拟整车使用环境,制
作相应的电池包安装夹具将其安装在振动试验台上进
行试验。
图10所示为优化前、后Z向振动试验箱体情况。
优化前,电池包加载约1h即出现开裂,开裂位置与仿
真分析结果类似,侧面说明了仿真分析结果的可靠
性。优化后,电池包外部箱体虽有部分变形,但未发生
破裂、漏液、电池起火和爆炸等现象,静置2h后绝缘检
测的结果正常。
(a)优化前(b)优化后
图10优化设计前、后Z向振动试验箱体
综上所述,优化后的动力电池包抗振动安全性明显
2018年第5期
改善。
7结束语
本文针对某款动力电池包,根据国家标准的要求,
对抗振动安全性进行了研究,建立动力电池包的仿真分
析模型,进行了有限元仿真分析,根据仿真结果开展动
力电池包的优化设计,并进行了试验验证。
试验结果表明,优化后动力电池包具有良好的抗
振动安全性,有限元分析结合试验验证有效提高了分
析效率。
参考文献
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南京航空航天大学,
.缺口件振动疲劳寿命分析的名义应力法
2011.
[D].南京:
[2]徐龙
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.商用车驾驶室白车身焊点布置及疲劳寿命分析
[7]张鑫,
吉林大学,2011.
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车用发动机,
等.混合动力车用蓄电池管理系统
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forthe
M,
Implementation
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of
Mottershead
theCWELD
JE,
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⁃
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.整车模态分析中焊点模拟方法
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2013,(9):40-45.
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池管理系统设计与试验研究
周斯加,赵小坤,等.插入式混合动力电动汽车电
[J].车用发动机,2013(5):
[13]裴锋,
1-7.
性设计研究
符兴锋
[J].
.基于风冷模式的
汽车技术,2015(
18650
8):48-53+58.
动力电池系统安全
(责任编辑斛畔)
修改稿收到日期为2017年7月3日。
-15-
2024年3月21日发(作者:太叔雁梅)
汽车技术·AutomobileTechnology
动力电池包抗振动安全性设计研究*
符兴锋
1
李罡
1,2
曾维权
1
刘静
1
杨勇
1
(1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州511434;2.华南理工大学,广州510640)
【摘要】
为改善电动汽车用动力电池包的抗振动安全性,利用有限元分析方法构建了动力电池包强度、刚度和抗振动
性寿命失效分析模型,以有限元仿真结果为指导,优化了电池包的内、外部结构和焊接方式。仿真和试验结果表明,优化后
的动力电池包满足国家标准对电池包抗振动性能的要求,具有良好的抗振动安全性。
主题词:动力电池包
中图分类号:U467.1
抗振动性失效分析安全
DOI:10.19620/.1000-3703.20170056文献标识码:A
AResearchonPowerBatteryPackAnti-VibrationSafetyPerformance
(houAutomobileGroupCo.,tiveEngineeringInstitute,Guangzhou511434;hina
【Abstract】Toimprovepowerbatterypackanti-vibrationsafety,powerbatterypackstructuralintensity,stiffnessand
antideofFEAcalculationresults,
optimizationdesignabtandsimulation
resultsprovethattheoptimizedbatterypackcanmeetrequirementofnationalstandardonbatterypackanti-vibration
performanceandhaveexcellentanti-vibrationsafety.
UniversityofTechnology,Guangzhou510640)
FuXingfeng
1
,LiGang
1,2
,ZengWeiquan
1
,LiuJing
1
,YangYong
1
Keywords:Powerbatterypack,Anti-vibrationperformance,Failureanalysis,Safety
1前言
动力电池是电动汽车最重要的零部件之一,其安全
性直接影响到电动汽车的使用性能。GB/T31467.3—
2015将电池包的16项安全性测试纳入强制检测范围。
电池包的抗振动性要求是其中的重要内容,也是电池包
布以来,广大学者针对电动汽车的耐振动性进行了积极
的研究
[1-4]
,但关于电动乘用车用电池包的研究成果相
对较少。本文通过有限元仿真分析结合试验验证的方
法,研究提高纯电动乘用车用动力电池包安全性的有效
措施。
安全性要求中最难通过的几项测试之一。国家标准发
个方向上依次进行。
图1所示为本文研究的某纯电动乘用车动力电池
包布置位置示意。该动力电池包布置在汽车地板下,
由9个安装点固定在车身两侧的纵梁和后副车架前安
装横梁上,因此动力电池包还需要满足电动汽车使用
的强度和刚度设计要求,此外,还需满足IP67的防护等
级要求。
2动力电池包的抗振动安全性要求
本文研究的动力电池包布置在电动汽车乘员舱下
部,根据GB/T31467.3的要求,在抗振动性测试时,需要
将其安装在振动试验台上,振动测试在Z轴、Y轴、X轴3
图1动力电池包布置位置示意
*基金项目:广东省重大科技专项(55018);广东省科技厅科技计划项目(2013B0906001)。
-12-
汽车技术
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
动力电池包的强度和刚度分析载荷工况根据企业
的实际测试数据整理为:纵向和横向加速度均为±3g,
垂直加速度为±6g的复合载荷工况,同时,安装在整车
后,还需满足整车模态频率大于20Hz的要求。
3动力电池包有限元分析计算方法
动力电池包有限元分析使用结构应力计算方法。
假设在有限元模型中,1条焊缝上存在有2个计算节点,
其间距为l,应力分别为F
y1
和F
y2
,沿焊缝方向单位厚度
的线性力分别为f
y1
和f
y2
,则有平衡方程:
t
F
yi
+
∫
0
f
y
(
x
)
dx=0
(1)
(2)
求解方程,得到节点处的线性力和线性转矩:
∑
∑
t
F
yi
x
i
+
∫
f
y
(
x
)
xdx=0
0
f
y1
=2
(3)
f
(
2F
y1
-F
y2
)
l
y2
=2
m
(
2F
y2
-F
y1
)
l
(4)
x1
=2M
x1
-M
x2
(5)
m
(
2
)
l
x2
=2
(
2M
x2
-M
x1
)
l
(6)
式中,t为电池包钣金厚度;m
x1
和m
x2
分别为节点处沿焊
缝方向单位厚度的扭矩;M
x1
和M
x2
分别为节点处沿焊缝
方向的节点扭矩。
应力梯度变化不明显的情况下,可以通过每个计算
单元的线性力和线性转矩计算出准确的结果。但实际
建模时,焊缝单元的形状、尺寸和应力梯度变化往往很
大,需要考虑整个焊缝虚线通过建立联立方程组的方式
来求解焊趾单元的线性力和线性转矩:
é
é
ê
l
1
3l
1
600…0
ù
ê
F
1
ù
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1
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2
ú
ê
6
(
l
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2
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⋮
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⋮
+l
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)
3
⋮
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(7)
F
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⋮⋮
0
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l
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)
3l
n-1
ê
0…
6
ú
ú
n-1
6l
n-1
3
ú
û
大量试验数据分析表明,焊缝扩展失效过程可以分
为短裂纹阶段(0断裂阶段(a/t>1),其中,a为断裂失效判断系数,断裂阶
段代表样件已经发生断裂失效
[5-6]
。
4动力电池包强度和刚度有限元分析
利用HyperMesh中的Nastran模块建立焊点的有
限元模型,建模过程中,选用多种类型的单元焊点模
型来模拟点焊连接,金属板的弹性模量E=210GPa,密
度ρ=7850kg/m
3
,泊松比μ=0.3,焊点单元的修改采用
2018年第5期
HyperMesh
元节点的连接区域不同分为
中的Connector。片与片的连接方式根据单
ELEMID(elem-elem)和
ELPAT
点,辅助点构成的四边形面积等价于焊点截面积
(patch-patch)两种,焊接面上可以产生4个辅助
[7-10]
。
电池包上盖采用SMC材料,拉伸强度95MPa,拉伸
模量5GPa,断裂延展率1.5%,弯曲强度140MPa,弯曲
模量4.9GPa。电池包下壳体和支撑板材料为CR340,
电池包底部托架材料为HR550。电池包有限元模型如
图2所示。
Y
Z
X
图2电池包仿真分析有限元模型
对动力电池包进行模态强度有限元分析,振型图如
图3所示。电池包第1阶模态分析结果为25.4Hz,满足
设计要求。
图3电池包模态分析振型图
动力电池包Z向-6g垂直冲击工况强度、刚度仿真
结果分别如表2、图4所示。由表2可知,动力电池包安
装支架最大应力远超过材料屈服极限,不满足设计目
标,其他安装点的最大应力满足设计目标。由图4可
知,该工况下,电池包支架最大变形量为7.25mm,满足
设计目标。
表2动力电池包强度仿真计算结果MPa
部位材料屈服强度最大应力仿真结果
前地板侧梁
423259
动力电池包支架
5341012
后地板下横梁
356273
动力电池包Z向振动耐久性仿真结果如图5所示,
后安装梁部分Z向振动耐久性寿命低于1h,远低于国
家标准要求的21h,不满足振动耐久性要求。与此类
-13-
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
似,Y向振动相同区域耐久性寿命低于24h,X向振动耐
久性寿命高于24h。即仅X向振动耐久性寿命仿真结
果满足要求。
轮廓点位移
7.248
/mm
6.615
5.982
5.349
4.716
4.083
3.450
2.817
2.184
1.551
最大应力:7.248
7.248mm
最大应力点:742426
最小应力:1.551
最小应力点:12584
图4电池包强度刚度分析结果
寿命/h
9.3×10
-6
1.0
2.1×10
1
1.0×10
3
1.0×10
5
2.0×10
8
2.5×10
12
3.3×10
20
5.0×10
25
-6
1.0×10
30
9.3×10h
图5电池包Z向振动耐久性仿真结果
5动力电池包强度和刚度有限元优化
针对仿真分析中动力电池包支架强度不足和Z
向、Y向振动耐久性寿命不足的问题,进行针对性的优
化设计。
5.1动力电池包结构优化设计
对电池包和相关联的应力较为集中的部分进行优
化设计,将相关焊接或安装位置的应力降低到屈服强
度以下。
图6所示为电池包底部托架应力较大部分的结构
优化设计结果,将电池托架不连接的部分通过优化更改
结构,连接为一个个整体零件并焊接在一起,大大降低
了开裂或断开的风险。对于原结构仿真分析中焊点不
足容易开裂失效的部分,通过调整焊接结构或增加焊点
的降低应力集中。
图7所示为电池包内部结构设计优化示意,电池包
内部应力较大、容易开裂的横梁和纵梁结合部分增加
焊接衬板,进行针对性加强,以提高抗振动耐久性强
度;将原有的3根内部纵梁延长,内部通过三层焊接工
艺将底部的支撑横梁支架、外部纵梁焊接在一起,提高
了电池包的整体刚度,并将可能受到的振动冲击力尽
可能传递到电池包的安装固定点上,以减小应力集
-14-
中。在应力集中相对较高的部分改用屈服强度更高的
高强度钢。
接头调整
(a)焊接结构
(b)支架焊接结构
图6电池包外部结构优化设计
图7电池包内部结构优化设计
5.2动力电池包结构优化仿真计算
将优化后数模重新进行有限元建模,施加Z向-6g
垂直冲击工况进行分析
[10-12]
。
电池包最大变形量减小为4.38mm,电池包模态频
率为26.8Hz,最大应力仿真结果如表3所示。在模态、
最大变形量和最大应力满足设计要求的前提下,电池包
整体抗振动安全性能有了大幅度的提升
[13]
。
表3动力电池包优化强度仿真计算结果MPa
部位材料屈服强度最大应力仿真结果
前地板侧梁(GC420LA)
423
动力电池包支架(780DP)
534
161
后地板下横梁(GC340LA)
356
462
147
图8所示为优化设计后的电池包Z向振动耐久性
仿真计算结果。由图8可知,除电池包上、下箱体的安
装螺母和安装支架与车身安装孔间的抗振动性寿命较
低外,电池包其他部分的局部应力点均在a/t<1范围,特
别是优化前易失效的位置强度均有明显改善,基本满足
抗振动性寿命要求。
汽车技术
符兴锋,等:动力电池包抗振动安全性设计研究
寿命
1.0×10
/h
1.0
-5
2.1×10
5.616×10
-2
h
1.0×10
1
1.0×10
2
2.0×10
5
最大值:1.0×10
30
2.5×10
8
壳体单元编号:297600
4.646×10
-2
h
3.3×10
12
最小值:1.0×10
-5
5.0×10
18
壳体单元编号:61188
1.0×10
24
30
1.558×10
-4
4.243×10
-2
h
h
Y
Z
X
图8优化后电池包Z向振动耐久性仿真结果
图9所示为与动力电池包安装相关的车身支架焊点
结构优化设计后的仿真分析计算结果,结果表明,优化
后的车身安装支架应力明显降低,焊点位置抗振动性分
析为a/t>1,满足抗振动寿命要求。对于图8中部分螺栓
和螺母位置存在可能不满足抗振动性寿命要求的现象,
综合相关试验和仿真结果可知,螺栓安装位置的应力仿
真计算结果存在一定偏差,在类似电池包的抗振动性试
验中失效位置实际测试的结果均未出现失效情况,因此
可以预估电池包优化后的抗振动性寿命满足设计要求。
压力/MPa
压力
430.1
379.3
/MPa
382.3
337.2
334.5
286.8
295.0
239.0
252.9
191.2
210.7
143.4
168.6
95.6
126.4
47.8
84.3
6.13×10
-13
42.1
7.58×10
-13
最大值:430.1
编号:1150200
最大值:379.3
最小值:6.13×10
-13
编号:1149756
编号:1121795
最小值:7.58×10
-13
编号:1149362
图9优化焊点结构部分仿真结果
6试验
根据试验的要求将电池包模拟整车使用环境,制
作相应的电池包安装夹具将其安装在振动试验台上进
行试验。
图10所示为优化前、后Z向振动试验箱体情况。
优化前,电池包加载约1h即出现开裂,开裂位置与仿
真分析结果类似,侧面说明了仿真分析结果的可靠
性。优化后,电池包外部箱体虽有部分变形,但未发生
破裂、漏液、电池起火和爆炸等现象,静置2h后绝缘检
测的结果正常。
(a)优化前(b)优化后
图10优化设计前、后Z向振动试验箱体
综上所述,优化后的动力电池包抗振动安全性明显
2018年第5期
改善。
7结束语
本文针对某款动力电池包,根据国家标准的要求,
对抗振动安全性进行了研究,建立动力电池包的仿真分
析模型,进行了有限元仿真分析,根据仿真结果开展动
力电池包的优化设计,并进行了试验验证。
试验结果表明,优化后动力电池包具有良好的抗
振动安全性,有限元分析结合试验验证有效提高了分
析效率。
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动力电池系统安全
(责任编辑斛畔)
修改稿收到日期为2017年7月3日。
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