PHEV動力汽車電池包振動性能結構的分析與優化_天天熱消息

電池包的抗振動性能對電池的基本電性能、安全性、可靠性和耐久性具有重要影響。本課題基于某PHEV車型 電池包的開發過程中，采用了仿真分析的研究方法，對電池包的抗振動性能進行了分析和優化，提高了電池包 的振動安全性能。

PHEV(插電式混合動力汽車)是近幾年在傳統汽車的基礎上 發展起來的一種汽車，由于其突出的燃油經濟性和優良的排放性 能受到全世界的廣泛關注。其電池包的抗振動性能直接決定了整 車的安全性和使用壽命。電動汽車在實際行駛過程中路況比較復 雜，因此電池包受到的振動情況是隨機的。筆者以某款PHEV動力 汽車用電池包為研究對象，建立其三維有限元模型，通過Abaqus 軟件對電池包的隨機振動性能進行分析和結構優化。仿真結果表 明，優化后的電池包隨機振動性能滿足國家標準對電池包的隨機 振動性能要求，為電池包產品結構設計提供理論依據。

(資料圖片)

PHEV電池包的組成

本文研究的某款PHEV電池包的組成主要包括上蓋總成、 托盤總成、電芯、模組壓板、液冷板、下底板總成、電池包 配電單元(Battery Distribution Unit，BDU)總成、主控模塊 (Concrete Modular Unit，CMU)、保溫棉、防爆閥、進出水 管、接插件、緊固件等零部件。上蓋、托盤、下底板總成為整 個電池系統的承重件。模組壓板用于保證電芯與液冷板的接觸 壓力，使其符合設計要求。系統通過進出水管通過液冷進行強 制散熱。

PHEV電池包的布置位置

本文研究的PHEV電池包布置在混動汽車乘員艙地板下方，由 9個安裝點固定在車身兩側的縱梁和地板下方的橫梁上(圖1)。因此，電池包還需要滿足混動汽車使用的強度和剛度設計要求。

PHEV電池包抗振動安全性要求

PHEV電池包是混動汽車比較重要的零部件之一，其安全性直 接影響到混動汽車的使用性能。GB/T 31467.3-2015把電池包的16 項安全性測試納入強制檢測范圍。電池包的抗振動性要求是其中 比較重要的內容，也是電池包安全性要求中最難通過的幾項測試 之一。

我們將在Hypermesh中建立該電池包有限元分析模型，導入 Abaqus分析軟件，對其在給定頻譜工況下的隨機振動情況進行模 擬分析，以確保電池包的固有頻率及結構極限強度滿足國標和設 計要求。

首先利用Hypermesh軟件對電池包模型進行網格劃分， 網格的基本尺寸為5 mm，模型包含491942個單元數，單元類型為六面體&四邊形&三角形，連接關系為焊接、粘膠、螺栓連接。模型中上蓋總成、托盤總成、模組壓板、塑料件和電芯均采用殼 單元網格進行建模。BDU總成采用質量點代替，賦予的質量分別 為5 kg。

隨機振動仿真分析結果

在隨機振動分析中，根據GB/T 2423.43的規定，假設電池包 被固定在振動臺架上，施加載荷約束后，可按照X軸、Y軸、Z軸 的方向依次進行振動分析。分析載荷工況根據企業的實際測試數 據整理為：縱向和橫向加速度均為±3 g，垂直加速度為±6 g的復 合載荷工況。

我們首先在電芯之間增加回字形結構膠，同時在電芯頭部塑 膠件的頂部和底部也增加結構膠， 以提高系統固有頻率。

其次對仿真分析中應力較為集中的零件進行優化設計，在梁的中間開口，以釋放其應力，公眾號動力電池BMS,降低應力集中；流道板下移動0.2 mm，均溫板下移0.1 mm，同時 均溫板增厚0.2 mm，加強梁底部對應區域向下增厚0.2 mm，以提 高抗振動耐久性的要求。

將優化后的數模重新進行仿真分析，分析結果顯 示：整體滿足要求。需要注意的是，液冷板應力水平較高，但滿 足要求，后續可以在實際臺架試驗中跟蹤。

由此，我們可以預估電池包優化后的抗振動性能滿足設計。

結語

本文針對某款PHEV電池包，根據國家標準的要求，對抗振動振動性能直接決定了整車的安全性和使 安全性進行了研究，建立PHEV電池包的仿真分析模型，進行了有用壽命。 限元仿真分析，根據仿真結果開展電池包的優化設計。仿真分析結果顯示，優化后PHEV電池包具有良好的抗振動安全性，滿足設 計要求，為電池包產品結構設計提供理論依據。

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