一、導(dǎo)讀

一提到新能源汽車，大家最為擔(dān)心的就是安全問題，圖1為某款電動(dòng)汽車碰撞起火現(xiàn)場(chǎng)，圖2為某款電動(dòng)汽車碰撞起火后事故現(xiàn)場(chǎng)。

圖1

圖2

雖然該車出廠之前，相關(guān)工作人員對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行了擠壓、針刺、撞擊等安全性測(cè)試，但輿論仍認(rèn)為此事暴露了純電動(dòng)汽車在電池安全方面仍然存在問題。

由于在純電動(dòng)汽車的碰撞事故中，動(dòng)力電池受到撞擊和擠壓引起變形，電池包內(nèi)部其它部件在碰撞中也可能會(huì)受到擠壓和沖擊，有發(fā)生短路甚至起火爆炸的危險(xiǎn)。因此，電動(dòng)汽車在研發(fā)階段必須進(jìn)行嚴(yán)格的仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

某新能源汽車電驅(qū)動(dòng)技術(shù)主被動(dòng)碰撞測(cè)試

2、動(dòng)力電池PACK仿真需求

3、動(dòng)力電池PACK仿真要點(diǎn)

1)模態(tài)分析

① 模態(tài)分析目的：動(dòng)力電池pack模態(tài)分析是了解電池包箱體固有頻率，動(dòng)力電池PACK受激共振可產(chǎn)生的大變形也可能引起電池包內(nèi)部電連接的失效、短路甚至起火等影響汽車正常運(yùn)行，因此須對(duì)動(dòng)力電池pack進(jìn)行模態(tài)分析，通過設(shè)計(jì)避免電池包與車體產(chǎn)生共振。

② 模態(tài)分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack模態(tài)分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后利用Optistruct計(jì)算出固有頻率。

③ 約束模態(tài)分析邊界條件：由于動(dòng)力電池pack低階模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能影響大，因此，動(dòng)力電池pack模態(tài)分析抽取前十階固有頻率。約束托腳螺栓孔節(jié)點(diǎn) X、Y、Z 方向的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，如圖3所示。

圖3 動(dòng)力電池pack模態(tài)分析模型

2、靜強(qiáng)度分析

① 靜強(qiáng)度分析目的：動(dòng)力電池pack靜強(qiáng)度分析目的是了解汽車在城市中比較常見的工況：過減速帶顛簸工況、顛簸緊急制動(dòng)組合工況、急顛簸急轉(zhuǎn)彎組合工況時(shí)，電池模塊晃動(dòng)產(chǎn)生的慣性沖擊力作用于箱體內(nèi)壁，電池箱體產(chǎn)生的應(yīng)力和變形情況。

② 靜強(qiáng)度分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack靜強(qiáng)度分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后利Optistruct求解出電池箱體產(chǎn)生的應(yīng)力和變形結(jié)果。

③ 靜強(qiáng)度分析邊界條件：定義坐標(biāo)系，X正向指向垂直顛簸方向，Y正向指向車輛行駛方向，Z正向車輛轉(zhuǎn)彎方向。約束電池包螺栓孔節(jié)點(diǎn)的X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度。如表2所示。

3、剛度分析

① 剛度分析目的：剛度分析的目的是發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池pack在扭轉(zhuǎn)或者彎曲載荷作用下，電池箱體容易產(chǎn)生破壞的地方。

② 剛度分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack靜強(qiáng)度分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后利Optistruct求解出動(dòng)力電池pack在扭轉(zhuǎn)或者彎曲載荷作用下電池箱體的應(yīng)力分布云圖。

③ 剛度分析邊界條件：約束電池包后左螺栓孔節(jié)點(diǎn)和后右螺栓孔節(jié)點(diǎn)的X、Y、Z方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在前左安裝孔和前右安裝孔位置施加大小為 1000N、方向相反兩個(gè)集中力，如圖4所示。

圖4 動(dòng)力電池pack剛度分析模型

4、擠壓分析

① 擠壓分析目的：動(dòng)力電池pack擠壓分析目的是評(píng)價(jià)動(dòng)力電池pack在整車碰撞過程中，電池包能夠承受擠壓的能力，確保電池包在整車碰撞工況下不會(huì)發(fā)生起火、爆炸等事故。

② 擠壓分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack擠壓分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后用Ls-dyna求解出動(dòng)力電池pack擠壓變形量。

③ 擠壓分析邊界條件：用一個(gè)半徑為75mm半圓柱體(長(zhǎng)度大于測(cè)試對(duì)象高度，但不超過1m)，分別沿X和Y方向擠壓電池包系統(tǒng)，當(dāng)擠壓力達(dá)到200KN或擠壓量達(dá)到擠壓方向整體尺寸的30%，如圖5所示。

圖5 動(dòng)力電池pack擠壓分析模型

5、跌落分析

① 跌落分析目的：動(dòng)力電池pack跌落分析目的是模擬動(dòng)力電池pack在裝配過程中跌落到水泥地面上的情況，以了解動(dòng)力電池pack在跌落過程中是否會(huì)出現(xiàn)撕裂、斷裂、影響功能與性能的塑形變形等情況。

② 跌落分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack擠壓分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后用Ls-dyna求解出動(dòng)力電池pack不同時(shí)間的等效塑性應(yīng)變。

③ 擠壓分析邊界條件：根據(jù)GB/T 31467.3-2015的要求，整體模型沿豎直方向，從1m的高度處自由落體到水泥地面，如圖6所示：

圖6 動(dòng)力電池pack跌落分析模型

6、沖擊分析

① 沖擊分析目的：動(dòng)力電池pack沖擊分析。主要模擬電池包在整車行駛過程中遇到的沖擊載荷，確保結(jié)構(gòu)在實(shí)際沖擊載荷工況下不發(fā)生撕裂、斷裂、影響功能與性能的塑形變形等情況。

② 沖擊分析使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack沖擊分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后用Ls-dyna求解出動(dòng)力電池pack的最大塑性應(yīng)變的位置。

③ 沖擊分析邊界條件：根據(jù)GB/T 31467.3-2015的要求，約束動(dòng)力電池pack螺栓孔節(jié)點(diǎn)X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，對(duì)電池包施加峰值25g(15ms 周期)的半正弦沖擊波形(如下圖)，Z 軸方向沖擊3次，加載曲線如圖7所示，動(dòng)力電池pack沖擊模型如圖8所示：

圖7 半正弦沖擊波形

圖8 動(dòng)力電池pack沖擊模型

7、模擬碰撞分析

① 模擬碰撞分析目的：動(dòng)力電池pack模擬碰撞分析，主要電池包在整車碰撞過程中承受沖擊載荷的能力，確保電池包在整車碰撞工況下機(jī)械結(jié)構(gòu)安全，不擠壓到電芯，不會(huì)發(fā)生起火、爆炸等事故。

② 模擬碰撞使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack模擬碰撞分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后用Ls-dyna求解出動(dòng)力電池pack的最大塑性應(yīng)變的位置。

③ 模擬碰撞分析邊界條件：根據(jù)GB/T 31467.3-2015的要求，將電池包安裝在車架上，根據(jù)車身重量，對(duì)系統(tǒng)在 X 和 Y 方向同時(shí)施加如表2的加速度。

8、振動(dòng)疲勞分析

① 振動(dòng)疲勞分析目的：動(dòng)力電池pack振動(dòng)疲勞分析，主要評(píng)價(jià)電池包的隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命，發(fā)現(xiàn)電池包薄弱位置并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來確保電池包的機(jī)械壽命滿足客戶需求，如5年10萬公里。

② 振動(dòng)疲勞使用的軟件工具：動(dòng)力電池pack模擬碰撞分析在Hypermesh中進(jìn)行前處理，然后用ncode求解出動(dòng)力電池pack的最大塑性應(yīng)變的位置。

③ 振動(dòng)疲勞分析邊界條件：根據(jù)GB/T 31467.3-2015的要求，結(jié)合電池包在車上的實(shí)際安裝情況，施加下列邊界條件：

• 約束動(dòng)力電池pack螺栓孔節(jié)點(diǎn)X、Y、Z方向的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
• 對(duì)電池包施加X、Y、Z向隨機(jī)振動(dòng)的功率譜密度；
• 在2的基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞分析。

圖9 隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力變化示意圖

以上是筆者關(guān)于《新能源汽車動(dòng)力電池PACK仿真要點(diǎn)》總結(jié)，更多專業(yè)仿真內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注仿真秀官網(wǎng)。

作者：小石頭老師，5年的汽車行業(yè)CAE仿真分析從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，車輛工程專業(yè)，碩士學(xué)歷，仿真秀科普作者

學(xué)習(xí)或工作經(jīng)歷：匈牙利布達(dá)佩斯技術(shù)與經(jīng)濟(jì)大學(xué)，碩士學(xué)歷；河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)歷，就職于某新能源汽車主機(jī)廠，分析內(nèi)容涉及新能源汽車碰撞仿真分析，電池PACK分析，懸架設(shè)計(jì)與分析，懸置系統(tǒng)解耦分析分析，行人保護(hù)分析等。

案例：基于GBT 31467.3-2015電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測(cè)試方法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以Hypermesh軟件作為電池PACK的前處理器，以Ls-dyna軟件，Hyperworks optistructT模塊作為PACK仿真的求解器，建立了某車型的電池PACK仿真分析模型，電池PACK模型包括模態(tài)、靜剛度、擠壓、跌落、沖擊，通過多輪的仿真優(yōu)化分析，最終在滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的前提下電池PACK實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电池pack结构_PACK仿真电池分析新能源汽车整车碰撞的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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