一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法技术

本发明专利技术涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，包括以下步骤：构建电池包的有限元模型，并根据所述电池包的情况设置所述有限元模型的参数；设置接触边界条件，进行载荷施加；显式求解所述有限元模型的速度、加速度和位移，并计算所述有限元模型各部件在不同时间的应力和等效塑性应变情况，以此判断各部件是否满足冲击计算要求。本发明专利技术将有限元法运用于电池包冲击过程的分析，克服传统冲击试验法对样品的依赖，减少研发过程中的电池包样品的制样次数，降低对研发硬件的要求，使得设计过程中，很快的找到设计缺陷，优化设计，并减少试验次数，降低设计成本。

A simulation test method of battery pack mechanical impact process based on CAE

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法
本专利技术涉及电池测试
，尤其涉及一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法。
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。电池包冲击试验是检测电池包结构稳定性的常见方式之一，电池包样品受25g、15ms的半正弦冲击波，Z轴方向冲击三次，通过检查其有无电解液泄露、着火或爆炸等现象来判断产品是否合格。由于冲击试验只能在制作出电池包样品后进行，所以在整个产品的研发周期中需要反复制样，这将会耗费大量人力、物力和时间。并且冲击试验只能得到受突然机械冲击后的结果，不能准确分析得到受机械冲击过程中的应力、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，以得到更为优化的结构方案。
技术实现思路
基于CAE仿真技术的电池包冲击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，可计算得到电池包在冲击过程中，其结构上任意点所受应力、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。在研发周期内，以修改仿真模型代替反复制样，能节省较多的资源和时间。为此，本专利技术提供一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，包括以下步骤：构建电池包的有限元模型，并根据所述电池包的情况设置所述有限元模型的参数；设置接触边界条件，进行载荷施加；显式求解所述有限元模型的速度、加速度和位移，并计算所述有限元模型各部件在不同时间的应力和等效塑性应变情况，以此判断各部件是否满足冲击计算要求。在一些实施例中，作为优选，所述构建电池包的有限元模型包括将电池包三维几何模型导入有限元分析软件，并进行处理；所述处理包括：对于质量较小的零件，在仿真分析中将其忽略；对建立的电池包的三维结构中点、线、面、角的结构特征进行简化处理；壳体钣金件及内部固定支架进行抽中面处理，对中面中存在的残缺、碎面特征进行修补；对建立的三维结构中的不关心局部应力的部分，但无法忽略其质量的零部件用质量点替代。在一些实施例中，作为优选，所述参数包括有限元网格、有限元模型的形状、各部件的尺寸、各部件的材料属性和各部件的连接关系。在一些实施例中，作为优选，所述有限元网格所用的网格单元的尺寸为2-8mm；电池包结构中，板壳类结构的网格模型主要采用四边形单元，且四边形单元占比不小于95％，实体类的网格模型采用六面体单元，非关注区域采用四面体单元；连接位置附近、圆孔圆角附近，网格容易产生畸变的局部区域，进行局部网格细化。在一些实施例中，作为优选，在计算时进行质量放大。在一些实施例中，作为优选，所述质量放大中，质量增加小于等于5％。在一些实施例中，作为优选，进行载荷施加中，施加加速度激励模拟突然冲击，在与试验台连接的电池包支脚或挂耳连接处，施加加速度载荷。进一步地，还计算冲击过程中能量的变化关系。进一步地，所述结果满足以下条件时，得到该部件满足冲击计算要求：模型部件的最大应力小于材料的抗拉强度；模型部件的最大等效塑性应变小于材料的伸长率；电池模组未与箱盖发生碰撞。进一步地，所述结果未满足冲击计算要求，重新设定电池包壳体或内部连接板的尺寸、厚度、材料中的一个或几个参数或优化结构设计，重新进行模拟测试，至满足冲击计算要求。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：将有限元法运用于电池包冲击过程的分析，克服传统冲击试验法对样品的依赖，减少研发过程中的电池包样品的制样次数，降低对研发硬件的要求，使得设计过程中，很快的找到设计缺陷，优化设计，并减少试验次数，降低设计成本。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出了本专利技术涉及CAE仿真流程图；图2示出了本专利技术涉及的电池包冲击模型示意图；图3示出了本专利技术涉及的3次15ms的半正弦冲击波；图4示出了本专利技术涉及的电池包受冲击过程中能量随时间的变化关系；图5示出了本专利技术实施例1中涉及的在T为3ms时整体应力云图；图6示出了本专利技术实施例1中涉及的在T为6ms时整体应力云图；图7示出了本专利技术实施例1中涉及的在T为9ms时整体应力云图；图8示出了本专利技术实施例1中涉及的在T为13ms时整体应力云图；图9示出了本专利技术实施例1中涉及的提取最大应力的云图；图10示出了本专利技术实施例1中涉及的提取最大等效塑性应变的云图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。一种基于CAE仿真技术的电池包机械冲击过程的分析方法，如图1所示，具体包括：(1)三维结构几何模型导入将包含电池模组、各类电子电器、各连接板及支架结构的电池包三维几何模型导入有限元分析软件。对于质量较小的零件，因其对电池包总体结构应力、应变影响较小，在仿真分析中将其忽略，以减少计算成本，提高计算效率。(2)有限元模型建立建立电池包有限元模型(如图2所示)，建立三维笛卡尔坐标系，使得三维坐标系的X轴平行于电池包所在汽车的行驶方向，Y轴垂直于行驶方向的水平方向，Z轴为高度方向。①对建立的电池包的三维结构中一些结构特征(如点、线、面、小圆角、倒角等)进行简化处理。②壳体钣金件及内部固定支架进行抽中面处理，对中面中存在的残缺、碎面特征进行修补。实体等结构件保留主要结构件，去除细小结构，以免产生局部复杂网格增加计算成本。③对建立的三维结构中一些不关心局部应力，但无法忽略其质量的的零部件用质量点替代，以减少计算量。(3)划分有限元网格模型根据实际结构对电池包壳体、电池模组、各类电子电器、各连接板及支架结构建立有限元网格模型。电池包的网格模型所用网格单元的尺寸为2mm～8mm。电池包结构中，板壳类结构的网格模型主要采用四边形单元，且四边形单元占比不小于95％，电器件等实体类的网格模型主要采用六面体单元，非关注区域可采用四面体单元。局部区域如连接位置附近、圆孔圆角附近，网格容易产生畸变，将局部网格细化，将网格加密为原有网格尺寸的1/2，在保证计算效率的同时，尽量提升计算精度。(4)设置材料属性根据实际结构设定电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/n构建电池包的有限元模型，并根据所述电池包的情况设置所述有限元模型的参数；/n设置接触边界条件，进行载荷施加；/n显式求解所述有限元模型的速度、加速度和位移，并计算所述有限元模型各部件在不同时间的应力和等效塑性应变情况，以此判断各部件是否满足冲击计算要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建电池包的有限元模型，并根据所述电池包的情况设置所述有限元模型的参数；
设置接触边界条件，进行载荷施加；
显式求解所述有限元模型的速度、加速度和位移，并计算所述有限元模型各部件在不同时间的应力和等效塑性应变情况，以此判断各部件是否满足冲击计算要求。


2.根据权利要求1所述的基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，其特征在于，所述构建电池包的有限元模型包括将电池包三维几何模型导入有限元分析软件，并进行处理；
所述处理包括：
对于质量较小的零件，在仿真分析中将其忽略；
对建立的电池包的三维结构中点、线、面、角的结构特征进行简化处理；
壳体钣金件及内部固定支架进行抽中面处理，对中面中存在的残缺、碎面特征进行修补；
对建立的三维结构中的不关心局部应力的部分，但无法忽略其质量的零部件用质量点替代。


3.根据权利要求1所述的基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，其特征在于，所述参数包括有限元网格、有限元模型的形状、各部件的尺寸、各部件的材料属性和各部件的连接关系。


4.根据权利要求3所述的基于CAE的电池包机械冲击过程的模拟测试方法，其特征在于，所述有限元网格所用的网格单元的尺寸为2-8mm；
电池包结构中，板壳类结构的网格模型主要采用四边形单元，且四边形单元占比不小于95％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵生，许嘉慧，吕学文，吴庆国，吕佳明，王天旭，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