基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统，该方法包括：构建虚拟电池包和虚拟刚性地面；模拟虚拟电池包以预设初速度和预设加速度从预设高度跌落至虚拟刚性地面的全过程，实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量，电池模组之间的相对位移量，以及电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力；判断相对位移量是否均满足安全阈值范围，最大应力是否分别小于自身材料抗拉强度，若均满足，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。本发明专利技术基于CAE利用修改仿真模型代替反复制样，节省资源和时间，降低电池包在开发测试中成本。

Simulation Method and System for Structural Stability of New Energy Vehicle Battery Pack Based on CAE

【技术实现步骤摘要】
基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统
本专利技术涉及领域，尤其涉及一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统。
技术介绍
近年来，全球新能源汽车发展已经形成了共识，而在新能源汽车中，电池包是新能源汽车的主要载体，其主要作用是为电池包内部的各系统元件提供安装结构，并对各元器件起到保护作用。电池包具有足够的结构稳定性是保证其正常工作的前提，结构的损坏会影响电池包的储备电量和使用寿命。电池包跌落试验是检测电池包结构稳定性的常见方式之一，电池包样品在接受1m高空的跌落撞击后，通过检查其无电解液泄露、着火或爆炸等现象来判断产品是否合格。例如，专利申请号为CN201320566713.5，专利名称为一种电池包跌落试验装置，该专利申请提供用于电池包跌落实际试验的装置，需要电池包样品在该装置上进行实际试验。现有的跌落试验只能在制作出电池包样品实物后进行，在整个产品的研发周期中需要反复制样，存在的设计周期长、成本高的问题，这将会耗费大量人力、物力和时间。跌落试验只能得到撞击后的结果，不能准确分析得到撞击过程中应力、应变和位移的空间分布及它们随时间的变化情况和设计缺陷，无法获取优化方案。因此，提供一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法及模拟仿真系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，包括：构建虚拟电池包和虚拟刚性地面，其中，虚拟电池包包括电池壳体以及设置于电池壳体内部的电池模组和电池模组支架；预设初始参数，其中，预设初始参数包括预设初速度和预设加速度；模拟虚拟电池包以预设初速度和预设加速度从预设高度跌落至虚拟刚性地面的全过程，实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量，电池模组之间的相对位移量，以及电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力；判断电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量是否均满足安全阈值范围，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力是否分别满足小于自身材料抗拉强度，若均满足，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。进一步地，上述基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，还包括：若电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量任一不满足安全阈值范围，或者，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力任一不小于自身材料抗拉强度，则根据虚拟电池包的缺陷调整虚拟电池包。进一步地，上述基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，还包括：实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中，设置于电池壳体内部的保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及设置于电池壳体内部的其他零部件所受最大应力，并判断保险器和继电器是否从固定安装位置脱落，各其他零部件所受最大应力是否超过零部件自身材料抗拉强度，若保险器和继电器均未从固定安装位置脱落，并且各零部件所受最大应力均未超过零部件自身材料抗拉强度，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。进一步地，上述基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，还包括：根据虚拟电池包初始参数构建虚拟电池包，虚拟电池包由多个有限元单元构成，有限元单元利用显示算法的质量缩放获取电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力，保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及其他零部件所受最大应力。进一步地，预设高度为1m，预设初速度为V0，预设加速度为9.8m/s2，其中，V0为预设初速度，g为重力加速度值，h为虚拟电池包的跌落高度。进一步地，有限元单元通过以下公式利用显示算法的质量缩放获取虚拟电池包的所受最大应力随时间的变化量以及变形位移随时间的变化量：其中，[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，为节点加速度向量，为节点速度向量，{U}为节点位移向量，{F(t)}为包括碰撞力在内的外力向量。根据本专利技术的另一方面，提供一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真系统，包括：结构稳定性测试条件构建模块，用于构建虚拟电池包和虚拟刚性地面，其中，虚拟电池包包括电池壳体以及设置于电池壳体内部的电池模组和电池模组支架；结构稳定性测试条件模拟模块，用于模拟虚拟电池包以预设初速度和预设加速度从预设高度跌落至虚拟刚性地面的全过程；结构稳定性测试结果获取模块，用于实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量，电池模组之间的相对位移量，以及电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力，并判断电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量是否均满足安全阈值范围，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力是否分别满足小于自身材料抗拉强度，若均满足，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。进一步地，结构稳定性测试结果获取模块，还用于在电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量任一不满足安全阈值范围，或者，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力任一不小于自身材料抗拉强度时，根据虚拟电池包的缺陷调整虚拟电池包。进一步地，其特征在于，结构稳定性测试结果获取模块，还用于实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中，设置于电池壳体内部的保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及设置于电池壳体内部的其他零部件所受最大应力，并判断保险器和继电器是否从固定安装位置脱落，各其他零部件所受最大应力是否超过零部件自身材料抗拉强度，若保险器和继电器均未从固定安装位置脱落，并且各零部件所受最大应力均未超过零部件自身材料抗拉强度，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。进一步地，结构稳定性测试条件构建模块，还用于根据虚拟电池包初始参数构建虚拟电池包，虚拟电池包由多个有限元单元构成；结构稳定性测试结果获取模块，还用于有限元单元利用显示算法的质量缩放获取电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力，保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及其他零部件所受最大应力。本专利技术与现有技术相比具有以下的优点：本专利技术基于CAE仿真技术模拟电池包跌落过程的分析方法不过分依赖产品试样，通过建立电池包有限元分析模型，计算得到电池包在跌落过程中，其结构上任意点所受最大应力、应变及位移随时间的变化关系，进而通过分析结构受力与形变量是否在合理的变化范围内来判断电池包结构的稳定与否，以在研发周期内，利用修改仿真模型代替反复制样，能节省较多的资源和时间，降低电池包在开发测试中成本。附图说明以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法步骤图；图2是本专利技术基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，包括：构建虚拟电池包和虚拟刚性地面，其中，虚拟电池包包括电池壳体以及设置于电池壳体内部的电池模组和电池模组支架；预设初始参数，其中，预设初始参数包括预设初速度和预设加速度；模拟虚拟电池包以预设初速度和预设加速度从预设高度跌落至虚拟刚性地面的全过程，实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量，电池模组之间的相对位移量，以及电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力；判断电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量是否均满足安全阈值范围，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力是否分别满足小于自身材料抗拉强度，若均满足，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。

【技术特征摘要】
1.一种基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，包括：构建虚拟电池包和虚拟刚性地面，其中，虚拟电池包包括电池壳体以及设置于电池壳体内部的电池模组和电池模组支架；预设初始参数，其中，预设初始参数包括预设初速度和预设加速度；模拟虚拟电池包以预设初速度和预设加速度从预设高度跌落至虚拟刚性地面的全过程，实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量，电池模组之间的相对位移量，以及电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力；判断电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量是否均满足安全阈值范围，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力是否分别满足小于自身材料抗拉强度，若均满足，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。2.根据权利要求1所述的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，还包括：若电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量任一不满足安全阈值范围，或者，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力任一不小于自身材料抗拉强度，则根据虚拟电池包的缺陷调整虚拟电池包。3.根据权利要求2所述的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，还包括：实时检测并提取从虚拟电池包与虚拟刚性地面开始撞击到结束的过程中，设置于电池壳体内部的保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及设置于电池壳体内部的其他零部件所受最大应力，并判断保险器和继电器是否从固定安装位置脱落，各其他零部件所受最大应力是否超过零部件自身材料抗拉强度，若保险器和继电器均未从固定安装位置脱落，并且各零部件所受最大应力均未超过零部件自身材料抗拉强度，则存储虚拟电池包，作为电池包设计标准。4.根据权利要求3所述的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，还包括：根据虚拟电池包初始参数构建虚拟电池包，虚拟电池包由多个有限元单元构成，有限元单元利用显示算法的质量缩放获取电池壳体与电池模组支架之间的相对位移量以及电池模组之间的相对位移量，电池壳体、电池模组支架和电池模组所受最大应力，保险器和继电器与固定安装位置的相对位移量，以及其他零部件所受最大应力。5.根据权利要求4所述的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，预设高度为1m，预设初速度为V0，预设加速度为9.8m/s2，其中，V0为预设初速度，g为重力加速度值，h为虚拟电池包的跌落高度。6.根据权利要求5所述的基于CAE的新能源汽车电池包结构稳定性的模拟仿真方法，其特征在于，有限元单元通过以下公式利用显示算法的质量缩放获取虚拟电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵生，吕学文，吴庆国，许嘉慧，吕佳明，刘志钢，
申请(专利权)人：北斗航天汽车北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11