CN110178133B - 用于单框架的结构分析工具和用于设计单框架的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于单框架的结构分析工具，该单框架作为用于保护电池单体的结构以矩形管形式设置，还公开了一种使用该结构分析工具的单框架设计方法。该结构分析工具包括：输入单元，该输入单元被配置成输入在相同冲击条件下预先结构分析的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据以及临时设计的单框架的尺寸和重量数据；计算单元，该计算单元被配置成通过使用参考单框架的数据和临时设计的单框架的数据，基于梁理论来计算参考单框架和临时设计的单框架之间的应力比；以及输出单元，该输出单元被配置成将由计算单元计算的应力比和预设应力比参考值进行比较来判断临时设计的单框架的稳定性。

Description

用于单框架的结构分析工具和用于设计单框架的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电池模块的单框架的结构分析工具和单框架设计方法，并且更具体地，涉及一种可以减少对于在初始电池模块设计阶段评估单框架的结构稳定性所需的成本和时间的用于单框架的结构分析工具，以及使用该工具的单框架设计方法。

本申请要求于2017年9月7日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0114602的优先权，其公开内容通过引用被合并在此。

背景技术

通常，电池模块形成为其中借助于串联和/或并联连接组装多个电池单体的结构。电池模块通常包括单体组件，其中多个电池单体在一个方向上堆叠；外框架，其能够围绕单体组件；以及感测组件，其用于感测电池单体的电气特性。

外框架可以被分类为：多框架(multiple-frame)，其被制造成使得多个板可以以搭扣配合或螺栓连接的方式彼此组装；和单框架(mono-frame)，其被制造成集成形式。单框架可以通过挤压或压铸以集成形式制造。单框架在工艺和质量管理方面优于多框架，因为其便于容纳电池单体并与其他组件组装，如在KR 10-2017-0083834(2017年7月19日公布)中所公开的。结果，最近单框架作为电池模块的外框架被越来越多地应用。

图1是示意性地示出应用单框架的电池模块的透视图。

参考图1，单框架1设置为具有中空的矩形管，并且感测组件2在电池单体容纳在单框架1的内部空间中的状态下被组装到单框架1的两端。因此，单框架1的两端可以被感测组件2覆盖和支撑。

同时，单框架1应确保足够的刚性，因为其是给电池模块提供机械支撑并围绕单体组件以保护单体组件免受外部冲击的结构。

因此，应该在初始电池模块设计阶段基本上评估单框架的结构稳定性。基于使用有限元分析的分析验证来评估此单框架的结构稳定性。有限元分析是一种很好的评估工具，其能够取代实际模型的实验验证，因为其可以产生可靠的结果。

然而，借助于有限元分析进行的结构分析存在一个问题，即，分析在单框架建模和提供荷重和边界条件方面花费过多的时间，并且使用有限元分析程序的方法及其过程是复杂的。

例如，在传统的单框架设计过程中，执行初始单框架结构分析耗费一到两周的时间，并且如果作为分析的结果存在稳定性问题，则耗费一或两周时间进行附加设计，并且然后分析其结构并回顾分析结果。因此，完全地设计单框架的概念耗费至少两到四周。

如果在初始设计阶段通过上述结构分析检查结构稳健性，则稍后可以最小化很大程度的设计变化，但是提前期太长。为了解决提前期问题，需要一种新的替代方案来以低时间和低成本评估单框架初始设计的结构稳健性。

发明内容

技术问题

本公开被设计以解决相关技术的问题，并且因此本公开针对提供一种用于单框架的结构分析工具，其可以以低时间和低成本在初始电池模块设计阶段检查单框架的结构稳健性；和使用该工具的单框架设计方法。

然而，本公开的目的不限于上述内容，并且本领域的技术人员可以从本说明书中清楚地理解本文未提及的目的。

技术解决方案

在本公开的一个方面，提供一种用于单框架的结构分析工具，该单框架作为用于保护电池单体的结构以矩形管形式设置，该结构分析工具包括：输入单元，该输入单元被配置成输入预先结构分析的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据以及临时设计的单框架的尺寸和重量数据；计算单元，该计算单元被配置成通过使用参考单框架的数据和临时设计的单框架的数据，基于梁理论来计算参考单框架和临时设计的单框架的应力比；以及输出单元，该输出单元被配置成通过将由计算单元计算的应力比与预设应力比参考值进行比较来判断临时设计的单框架的稳定性。

预设应力比参考值可以是1，并且当由计算单元计算的应力比等于或小于预设应力比参考值时，输出单元可以输出稳定性适合判断，并且当由计算单元计算的应力比大于预设应力比参考值时，输出稳定性不适合判断。

计算单元可以通过使用下述等式计算应力比：

其中R：应力比，q1：参考单框架的分布荷重，H1：参考单框架的高度，L1：参考单框架的长度，W1：参考单框架的宽度，a1：参考单框架的侧板的厚度，b1：参考单框架的上板的厚度，q2：临时设计的单框架的分布荷重，H2：临时设计的单框架的高度，L2：临时设计的单框架的长度，W2：临时设计的单框架的宽度，a2：临时设计的单框架的侧板的厚度，b2：临时设计的单框架的上板的厚度。

此外，计算单元还可以通过使用下述等式计算临时设计的单框架的应力值：

σ₂＝σ₁R

其中σ1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应力值，σ2：临时设计的单框架的应力值，R：应力比。

此外，计算单元还可以通过使用下述等式计算临时设计的单框架的应变比：

其中D1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应变，D2：临时设计的单框架的应变，E1：参考单框架的杨氏模量，E2：临时设计的单框架的杨氏模量，I1：参考单框架的惯性矩，I2：临时设计的单框架的惯性矩。

在本公开的另一方面，还提供一种用于设计单框架的单框架设计方法，该单框架作为用于保护电池单体的结构以矩形管形式设置，该方法包括：单框架概念临时设计步骤，确定单框架的尺寸和重量；计算步骤，通过使用预先结构分析的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据和临时设计的单框架的尺寸和重量数据，基于梁理论来计算参考单框架和临时设计的单框架的应力比；以及稳定性判断步骤，通过将在计算步骤中计算的应力比与预设应力比参考值进行比较来判断临时设计的单框架的稳定性。

预设应力比参考值可以是1，并且在稳定性判断步骤中，当在计算步骤中计算的应力比等于或小于预设应力比参考值时，可以做出稳定性适合判断，并且当在计算步骤中计算的应力比大于预设应力比参考值时，可以做出稳定性不适合判断。

单框架设计方法还可以包括附加设置步骤，当在稳定性判断步骤中做出稳定性不适合判断时，选择性地调整临时设计的单框架的至少一个尺寸，其中可以在附加设置步骤之后再次执行计算步骤。

附加设置步骤可以包括尺寸调节步骤，其中将临时设计的单框架的上板的厚度和侧板的厚度中的至少一个厚度调节为比之前更厚。

可以根据下述等式计算应力比：

其中R：应力比，q1：参考单框架的分布荷重，H1：参考单框架的高度，L1：参考单框架的长度，W1：参考单框架的宽度，a1：参考单框架的侧板的厚度，b1：参考单框架的上板的厚度，q2：临时设计的单框架的分布荷重，H2：临时设计的单框架的高度，L2：临时设计的单框架的长度，W2：临时设计的单框架的宽度，a2：临时设计的单框架的侧板的厚度，b2：临时设计的单框架的上板的厚度。

在计算步骤中，如下等式中的，可以通过使用应力比来进一步计算临时设计的单框架的应力值：

σ₂＝σ₁R

其中σ1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应力值，σ2：临时设计的单框架的应力值，R：应力比。

在计算步骤中，可以进一步通过使用下述等式计算临时设计的单框架的应变：

其中D1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应变，D2：临时设计的单框架的应变，E1：参考单框架的杨氏模量，E2：临时设计的单框架的杨氏模量，I1：参考单框架的惯性矩，I2：临时设计的单框架的惯性矩。

本发明的作用

根据本公开的实施例，能够提供用于单框架的结构分析工具，其可以以低时间和低成本在初始电池模块设计阶段检查单框架的结构稳健性；以及使用该工具的单框架设计方法。

可以通过简单地计算先前已经分析的类似结构的参考单框架的应力比并且然后将其与梁理论(beam theory)进行比较来评估各种单框架设计的结构稳定性。因此，可以显着减少初始电池模块设计阶段的提前期。

本公开的效果不限于上述内容，并且本领域的技术人员可以从本说明书和附图中清楚地理解本文未提及的效果。

附图说明

附图图示本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用作提供对本公开的技术特征的进一步理解，并且因此，本公开不应被解释为限于附图。

图1是示意性地示出应用单框架的电池模块的透视图。

图2是示出根据本公开的实施例的用于单框架的结构分析工具的框图。

图3至图6是用于图示通过使用用于图2的单框架的结构分析工具来判断单框架的稳定性的方法的参考视图。

图7是用于图示根据本公开的实施例的单框架设计方法的过程的流程图。

图8是示出根据本公开的实施例的根据单框架的上板和下板以及侧板的厚度变化的应力比的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，这里提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下对其进行其他等同和修改。

为了更完美地解释本公开提供在此公开的实施例，并且因此为了更好地理解，可以在附图中夸大、省略或简化组件的形状、大小等。因此，附图中组件的尺寸和比例并不完全反映实际大小和比例。

下面将描述的单框架是用于容纳和保护电池单体的电池模块的部件。单框架被假定为具有中空的矩形管形式并具有相同横截面的整体结构。另外，还假设单框架的上板的厚度等于其下板的厚度，并且其左侧板的厚度等于其右侧板的厚度。

图2是示出根据本公开的实施例的用于单框架的结构分析工具的框图，并且图3至图6是用于图示通过使用用于图2的单框架的结构分析工具来判断单框架稳定性的方法的参考视图。

如图2中所示，根据本公开的用于单框架的结构分析工具可以包括输入单元10，用于输入与单框架相关的尺寸和荷重信息；计算单元20，用于接收信息并计算结构稳定性评估目标值；以及输出单元40，用于基于由计算单元20计算的值来判断单框架的稳定性。

将参考单框架的信息和结构分析所需的临时设计单框架的信息输入到输入单元10。这里，参考单框架可以指的是在具有与临时设计的单框架类似结构的单框架当中的、已经通过借助于有限元分析等分析验证或实际实验验证来验证其稳定性的现有的单框架。此外，临时设计的单框架意指在初始电池模块设计阶段设计的单框架。

参考单框架的信息数据可以包括尺寸(上板的宽度、长度、高度、厚度、侧板的厚度)、重量、最大应力值等。另外，用于临时设计的单框架的信息数据可以包括尺寸(上板的宽度、长度、高度、厚度、侧板的厚度)和重量。

同时，参考单框架的结果值可以针对各种类型预先存储在存储器等中。在这种情况下，用于单框架的结构分析工具还可以包括基本单元30，该基本单元30具有用于存储参考单框架的各种结果值的存储器。

如果从输入单元10输入参考单框架和临时设计的单框架的信息数据，则计算单元20执行计算临时设计的单框架与参考单框架的应力比的过程。

应力比(stress ratio)可以是临时设计的单框架的结构稳定性评估目标值。在下文中，将参考图3和图4描述计算应力比的方法。

如附图中所示，假设单框架是具有矩形管形状的梁，并且在单框架的两端被固定的状态下应用梁理论，从而获得在单框架处产生的最大弯曲应力。

此时，用于导出最大弯曲应力的等式如下。

M＝q*L^2/12

I＝(1/12*W*H^3)-[1/12*(W-2a)*(H-2b)^3

σ＝(M/I)*(H/2)

(M；弯矩，I；横截面二次矩，σ；最大弯曲应力，q；分布荷重，W；宽度，L；长度，H；高度，a；侧板的厚度，b；上板的厚度)

根据梁理论，可以发现单框架的最大弯曲应力由尺寸(上板b的宽度W、长度L、高度H、厚度，侧板的厚度a)和单框架的荷重确定。

因此，通过将参考单框架的尺寸和荷重以及临时设计的单框架的尺寸和荷重应用于梁理论等式来获得参考单框架的应力和临时设计的单框架的应力，并且可以从其计算出临时设计的单框架与单框架的应力比。

也就是说，如果假设图5中所示的单框架的横截面是参考单框架的横截面并且图6中示出的单框架的横截面是临时设计的单框架的横截面，则根据梁理论等式参考单框架的应力值(x1)和临时设计的单框架的应力值(x2)及其应力比(R)如下。

x1＝

[q1*L1^2/12]/[(1/12*W1*H1^3)-[1/12*(W1-2a1)*(H1-2b1)^3]*(H1/2)

x2＝

[q2*L2^2/12]/[(1/12*W2*H2^3)-[1/12*(W2-2a2)*(H2-2b2)^3]*(H2/2)

R＝x2/x1

另外，计算单元20使用的应力比计算等式可以使用等式被排列如下：应力比R＝x2/x1。

(R：应力比，q1：参考单框架的分布荷重，H1：参考单框架的高度，L1：参考单框架的长度，W1：参考单框架的宽度，a1：参考单框架的侧板的厚度，b1：参考单框架的上板的厚度，q2：临时设计的单框架的分布荷重，H2：临时设计的单框架的高度，L2：临时设计的单框架的长度，W2：临时设计的单框架的宽度，a2：临时设计的单框架的侧板的厚度，b2：临时设计的单框架的上板的厚度)

同时，可以将临时设计的单框架的应力值估计为参考单框架的应力值(借助于有限元分析事先分析的参考单框架的应力值)和应力比的乘积。

也就是说，计算单元20可以通过使用以下等式执行进一步计算临时设计的单框架的应力值的过程。

σ₂＝σ₁R

(σ1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应力值，σ2：临时设计的单框架的应力值，R：应力比)

临时设计的单框架的应力值σ2不是简单地通过理论上的理论获得的应力值，而是为已经精确分析的参考单框架的应力值准备的应力值，并且临时设计的单框架的应力值σ2可以被用作猜测稍后在成品处产生的应力水平的程度的准则。

另外，计算单元20可以执行进一步计算临时设计的单框架的应变或应变比的过程。

应变(strain)意指由于应力而产生的物体的几何变形，并且应变与应力成正比并且与杨氏模量E成反比。

换句话说，建立以下关系。

D∝(q*L^4)/(E*I)

(D；单框架的应变，q；分布荷重，L；长度，E；单框架的杨氏模量，I：惯性矩)

因此，如果将此关系应用于图5的参考单框架和图6的临时设计的单框架，则它们的应变比DR可以如下获得。

DR＝[(q2*L2^4)/(E1*I1)]/[(q1*L1^4)/(E2*I2)]

(惯性矩，I＝(1/12*W*H^3)-[1/12*(W-2a)*(H-2b)^3)

因此，与上述临时设计的单框架的应力值被估计为参考单框架的应力值和应力比的乘积类似，临时设计的单框架的应变可以被估计为通过实际分析已经获得的参考单框架的应变和应变比的乘积。

即，计算单元20可以根据以下等式计算临时设计的单框架的应变。

(D1：通过有限元分析预先分析的参考单框架的应变，D2：临时设计的单框架的应变，E1：参考单框架的杨氏模量，E2：临时设计的单框架的杨氏模量，I1：参考单框架的惯性矩，I2：临时设计的单框架的惯性矩)

以这种方式，如果包括由计算单元20计算的应力比的计算结果数据被输入到本公开的输出单元40，则输出单元40执行将应力比与预设应力比参考值进行比较的过程，以判断是否实际校正临时设计的单框架的设计。

如上所述，参考单框架是单框架，其稳定性已经通过有限元分析等来验证，并且成为用于判断临时设计的单框架的稳定性的准则。因此，除非存在特殊情况，否则预设应力比参考值被设置为1。

如果由计算单元20计算的应力比等于或小于预设应力比参考值1，则输出单元40被处理以输出适合判断，并且如果计算的应力比大于应力比参考值1，则输出不适合判断。换句话说，如果临时设计的单框架的应力值等于或小于参考单框架的应力值，则认为稳定性被确保，并且如果临时设计的单框架的应力值大于参考单框架的应力值，则认为不能确保稳定性。

根据本公开的用于单框架的结构分析工具可以以诸如其中信息由软件处理的计算机的信息处理设备的形式实现。

在下文中，将描述使用用于单框架的结构分析工具的单框架设计方法。

图7是用于图示根据本公开的实施例的单框架设计方法的过程的流程图。

参考图7，根据本公开的单框架设计方法包括用于设计单框架的尺寸的单框架概念临时设计步骤(S100)、计算步骤(S200)、和稳定性判断步骤(S300)。

在单框架概念临时设计步骤(S100)，确定单框架的尺寸和重量。参考图3，单框架包括总共七种尺寸，包括上板和下板的宽度(W)、长度(L)、高度(H)、厚度(b)，以及左侧板和右侧板的厚度(a)。通常，制造单框架使得上板和下板具有相同的厚度，并且左侧板和右侧板具有相同的厚度。在下面的描述中，假设上板的厚度与下板的厚度相同，并且左侧板的厚度与右侧板的厚度相同。因此，在分析根据本公开的单框架的结构时，除非另有说明，否则可以总共考虑单框架的五个尺寸。

这里，可以根据客户要求的电池模块规格预先确定对应于单框架的宽度、长度和高度的三个尺寸。例如，单框架的宽度、长度和高度可以根据要安装电池模块的车辆或电池组的结构来确定。可替选地，单框架的宽度、长度和高度也可以根据电池单体的大小和容量来确定。

如果确定单框架的宽度、长度和高度，则确定单框架的上板和下板以及侧板的厚度。作为参考，如果单框架具有更大的厚度，则稳定性变得更大，但是电池单体容纳空间变得更窄并且生产成本增加。因此，从同时满足经济可行性和稳定性的观点来看，在设计中选择合适的单框架厚度是非常重要的。

如果确定临时设计的单框架的尺寸和重量，则相应的数据被输入到如上所述的用于单框架的结构分析工具的输入单元10。此时，可以一起输入在相同冲击条件下已经预先进行结构分析的类似结构的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据。如果存在多个临时设计的单框架，则可以一起输入关于所有这些单框架的信息。

作为参考，与此实施例不同，关于借助于有限元分析来分析的现有单框架的信息可以预先存储在用于单框架的结构分析工具的数据库中。在这种情况下，用户可以选择先前分析的单框架中的任何一个并将其用作参考单框架。

在计算步骤(S200)中，借助于梁理论，通过使用参考单框架的尺寸和重量以及临时设计的单框架的尺寸和重量数据作为参数来计算参考单框架和临时设计的单框架的应力比。

在计算步骤(S200)中，可以与应力比一起进一步计算临时设计的单框架的应力值和应变以及临时设计的单框架与参考单框架的应变比。例如，可以通过如上所述的用于单框架的结构分析工具的计算单元20计算临时设计的单框架的应力比、应力值和应变，以及临时设计的单框架与参考单框架的应变比。上面已经关于用于单框架的结构分析工具的计算单元20描述计算诸如应力比的结果值的方法并且因此将不再描述。

在稳定性判断步骤(S300)中，将在计算步骤(S200)中计算的应力比与预设应力比参考值进行比较，以判断是否校正临时设计的单框架的设计。

具体地，因为参考单框架被用作判断稳定性的准则，如果在相同的冲击条件下施加到临时设计的单框架的应力小于施加到参考单框架的应力，则临时设计的单框架变得相对稳定。

因此，除非存在特殊条件，否则应力比参考值被设置为1，并且如果临时设计的单框架与参考单框架的应力比等于或小于1，则临时设计单框架相对稳定，并且因此可以判断设计是适合的。否则，如果应力比大于1，则临时设计的单框架比参考单框架相对不稳定，并且因此可以判断设计是不适合的。

表1

表1示出对于五个临时设计的单框架中的每一个根据在本公开的计算步骤(S200)中计算的应力比的稳定性评估结果。参考表1，可以发现单框架A和单框架D具有大于1的应力比，并且单框架B、单框架C和单框架E具有小于1的应力比。

在稳定性判断步骤(S300)中，至少验证单框架B、单框架C和单框架E的稳定性，并且可以认为这些单框架的概念大约完成(S500)。

同时，在稳定性判断步骤(S300)中，已经接收到稳定性不适合判断的单框架A和单框架D需要尺寸校正。因此，再次参照图7，本公开的单框架设计方法还可以包括附加设置步骤(S400)，用于选择性地调整在稳定性判断步骤中已经接收到稳定性不适合判断的临时设计的单框架的尺寸中的至少一个(S300)。

在附加设置步骤(S400)中，可以将临时设计的单框架的上板和下板的厚度和侧板的厚度中的至少一个调节为比之前更厚。

单框架的宽度、长度和高度是确定单框架体积的尺寸，并且因此难以改变这些尺寸。然而，改变单框架的上板和下板以及侧板的厚度基本上不会影响单框架的体积。因此，期望通过首先调节临时设计的单框架的上板和下板的厚度和/或侧板的厚度来补充稳定性。

图8是示出根据本公开的实施例的根据单框架的上板和下板以及侧板的厚度变化的应力比的图。

参考图8，当上板和下板的厚度至少为3t时，临时设计的单框架具有与参考单框架相似的应力水平，并且可以发现如果上板和下板的厚度约为4t则应力趋于低于参考单框架的应力。另外，随着上板和下板的厚度变小，根据侧板的厚度的应力比的差变大。从根据单框架的厚度的应力比的变化可以推断出，上板和下板的厚度变化比侧板厚度的变化对应力比变化的影响更大。

因此，为了在附加设置步骤(S400)中尽可能小地减小单框架的厚度同时降低应力比，可能期望首先指定上板和下板的厚度，并且然后确定侧板的厚度。

因此，如果在附加设置步骤(S400)中确定临时设计的单框架的修改的尺寸和重量数据信息，则可以再次执行计算步骤(S200)和稳定性判断步骤(S300)。如果在稳定性判断步骤(S300)中作为适合性判断验证了附加设计的单框架的稳定性，则可以认为单框架概念设计的概念近似完成(S500)。

本公开可以显着减少对于在初始电池模块设计阶段检查单框架的结构稳健性所需的提前期，并且通过将临时设计的单框架与其稳定性被事先验证的参考单框架进行比较来节省设计成本，以相对地检查临时设计的单框架的稳定性。

已经详细描述本公开。然而，应理解的是，虽然详细描述和具体示例指示本发明的优选实施例，但是仅以说明的方式给出，因为根据此详细描述在本公开的范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。

Claims (12)

1.一种用于单框架的结构分析工具，所述单框架作为用于保护电池单体的结构以矩形管形式设置，所述结构分析工具包括：

输入单元，所述输入单元被配置成输入预先结构分析的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据以及临时设计的单框架的尺寸和重量数据；

计算单元，所述计算单元被配置成通过使用所述参考单框架的数据和所述临时设计的单框架的数据，基于梁理论来计算所述参考单框架和所述临时设计的单框架的应力比；以及

输出单元，所述输出单元被配置成通过将由所述计算单元计算的所述应力比与预设应力比参考值进行比较来判断所述临时设计的单框架的稳定性。

2.根据权利要求1所述的用于单框架的结构分析工具，

其中，所述预设应力比参考值是1，并且

其中，当由所述计算单元计算的所述应力比等于或小于所述预设应力比参考值时，所述输出单元输出稳定性适合判断，并且当由所述计算单元计算的所述应力比大于所述预设应力比参考值时，输出稳定性不适合判断。

3.根据权利要求1所述的用于单框架的结构分析工具，

其中，所述计算单元通过使用下述等式计算所述应力比：

其中R：应力比，q₁：所述参考单框架的分布荷重，H₁：所述参考单框架的高度，L₁：所述参考单框架的长度，W₁：所述参考单框架的宽度，a₁：所述参考单框架的侧板的厚度，b₁：所述参考单框架的上板的厚度，q₂：所述临时设计的单框架的分布荷重，H₂：所述临时设计的单框架的高度，L₂：所述临时设计的单框架的长度，W₂：所述临时设计的单框架的宽度，a₂：所述临时设计的单框架的侧板的厚度，b₂：所述临时设计的单框架的上板的厚度。

4.根据权利要求3所述的用于单框架的结构分析工具，

其中，所述计算单元进一步通过使用下述等式计算所述临时设计的单框架的应力值：

σ₂＝σ₁R

其中σ₁：通过有限元分析预先分析的所述参考单框架的应力值，σ₂：所述临时设计的单框架的应力值，R：应力比。

5.根据权利要求3所述的用于单框架的结构分析工具，

其中，所述计算单元进一步通过使用下述等式计算所述临时设计的单框架的应变：

其中D₁：通过有限元分析预先分析的所述参考单框架的应变，D₂：所述临时设计的单框架的应变，E₁：所述参考单框架的杨氏模量，E₂：所述临时设计的单框架的杨氏模量，I₁：所述参考单框架的惯性矩，I₂：所述临时设计的单框架的惯性矩。

6.一种用于设计单框架的单框架设计方法，所述单框架作为用于保护电池单体的结构以矩形管形式设置，所述方法包括：

确定单框架的尺寸和重量的单框架概念临时设计步骤；

通过使用预先结构分析的参考单框架的尺寸、重量和应力值数据以及临时设计的单框架的尺寸和重量数据，基于梁理论来计算所述参考单框架和所述临时设计的单框架的应力比的计算步骤；以及

通过将在所述计算步骤中计算的所述应力比与预设应力比参考值进行比较来判断所述临时设计的单框架的稳定性的稳定性判断步骤。

7.根据权利要求6所述的单框架设计方法，

其中，所述预设应力比参考值是1，并且

其中，在所述稳定性判断步骤中，当在所述计算步骤中计算的所述应力比等于或小于所述预设应力比参考值时，做出稳定性适合判断，并且当在所述计算步骤中计算的所述应力比大于所述预设应力比参考值时，做出稳定性不适合判断。

8.根据权利要求7所述的单框架设计方法，还包括：

附加设置步骤，当在所述稳定性判断步骤中做出所述稳定性不适合判断时，选择性地调整所述临时设计的单框架的至少一个尺寸，

其中，在所述附加设置步骤之后再次执行所述计算步骤。

9.根据权利要求8所述的单框架设计方法，

其中，所述附加设置步骤包括尺寸调节步骤，在所述尺寸调节步骤中将所述临时设计的单框架的上板的厚度和侧板的厚度当中的至少一个厚度调节为比之前更厚。

10.根据权利要求6所述的单框架设计方法，

其中，根据下述等式计算所述应力比：

其中R：应力比，q₁：所述参考单框架的分布荷重，H₁：所述参考单框架的高度，L₁：所述参考单框架的长度，W₁：所述参考单框架的宽度，a₁：所述参考单框架的侧板的厚度，b₁：所述参考单框架的上板的厚度，q₂：所述临时设计的单框架的分布荷重，H₂：所述临时设计的单框架的高度，L₂：所述临时设计的单框架的长度，W₂：所述临时设计的单框架的宽度，a₂：所述临时设计的单框架的侧板的厚度，b₂：所述临时设计的单框架的上板的厚度。

11.根据权利要求10所述的单框架设计方法，

其中，在所述计算步骤中，如下述等式中的，通过使用所述应力比来进一步计算所述临时设计的单框架的应力值：

σ₂＝σ₁R其中σ₁：通过有限元分析预先分析的所述参考单框架的应力值，σ₂：所述临时设计的单框架的应力值，R：应力比。

12.根据权利要求10所述的单框架设计方法，

其中，在所述计算步骤中，进一步通过使用下述等式计算所述临时设计的单框架的应变：

其中D₁：通过有限元分析预先分析的所述参考单框架的应变，D₂：所述临时设计的单框架的应变，E₁：所述参考单框架的杨氏模量，E₂：所述临时设计的单框架的杨氏模量，I₁：所述参考单框架的惯性矩，I₂：所述临时设计的单框架的惯性矩。

Images