CN110854348A - 一种软铜排、动力电池的软铜排的设计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种软铜排、动力电池的软铜排的设计方法及装置，属于动力电池领域，软铜排包括第一连接部、第二连接部、以及连接在所述第一连接部与所述第二连接部之间的凸起部，在恶劣工况下，凸起部受力拉直，应力分布均匀，无应力集中，不进行力的传递，提高了软铜排的疲劳寿命和接触电阻的稳定性。软铜排的设计方法及装置，通过分析与软铜排两端连接的第一电池模组与第二电池模组之间的最大间距，进而确定软铜排的总长度，避开了对软铜排进行建模以考察应力的方法，提高了动力电池的设计效率。

Description

一种软铜排、动力电池的软铜排的设计方法及装置
技术领域
本发明涉及动力电池领域，更具体地说，涉及一种软铜排、动力电池的软铜排的设计方法及装置。
背景技术
动力电池由多个电池模组串联而成。电池模组之间的电连接结构的设计，直接影响动力电池的性能。因此，对电池模组之间的电连接结构的可靠性、载流能力以及接触电阻都有严格的要求。目前，软铜排因其易加工、高载流量、安装方便等优点，已经成为电池模组之间最常用的电连接结构之一。
设计软铜排时需要考虑其可靠性要求，常规做法是对软铜排进行CAE(computeraided engineering，计算机辅助工程)分析。CAE分析通常是分析动力电池在振动冲击等工况下，软铜排本身的应力是否超过限定值。但是，软铜排是由多层扁平薄铜片叠加而成，给CAE建模造成了很大的困难；以及现有的软铜排为平板结构，在恶劣工况下，容易造成软铜排的拉伸，进而导致软铜排的疲劳寿命减少，以及接触电阻变化。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种软铜排、动力电池的软铜排的设计方法及装置，欲提高动力电池的设计效率，以及保证软铜排在恶劣工况下，不进行力的传递，提高软铜排的疲劳寿命和接触电阻的稳定性。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种软铜排，包括：第一连接部11、第二连接部12、以及连接在所述第一连接部11与所述第二连接部12之间的凸起部13；
所述第一连接部11包括第一连接孔，通过所述第一连接孔与第一电池模组连接；
所述第二连接部12包括第二连接孔，通过所述第二连接孔与第二电池模组连接，所述第一电池模组和所述第二电池模组相邻。
可选的，所述凸起部13具体为：弧形或波浪形。
一种上述的软铜排的设计方法，包括：
对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向，所述动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组；
获取极限机械冲击工况信号，所述极限机械冲击工况信号为造成所述第一电池模组与所述第二电池模组产生最大间距时的数据；
在所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加所述极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的最大间距；
将所述最大间距减去所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的初始间距后乘以预设安全系数，然后加上所述软铜排两端的初始间距，得到软铜排的总长度，所述安全系数的取值区间为[1，3]。
可选的，所述安全系数为2。
一种上述的软铜排的设计装置，包括：
模态分析单元，用于对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向，所述动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组；
数据获取单元，用于获取极限机械冲击工况信号，所述极限机械冲击工况信号为造成所述第一电池模组与所述第二电池模组产生最大间距时的数据；
机械冲击分析单元，用于在所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加所述极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的最大间距；
总长度计算单元，用于将所述最大间距减去所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的初始间距后乘以预设安全系数，然后加上所述软铜排两端的初始间距，得到软铜排的总长度，所述安全系数的取值区间为[1，3]。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种软铜排，包括第一连接部11、第二连接部12、以及连接在所述第一连接部11与所述第二连接部12之间的凸起部13，在恶劣工况下，凸起部13受力拉直，应力分布均匀，无应力集中，不进行力的传递，提高了软铜排的疲劳寿命和接触电阻的稳定性。
上述技术方案提供的一种上述的软铜排的设计方法及装置，通过分析与软铜排两端连接的第一电池模组与第二电池模组之间的最大间距，进而确定软铜排的总长度，避开了对软铜排进行建模以考察应力的方法，提高了动力电池的设计效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种软铜排的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种软铜排的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种软铜排的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种软铜排的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种软铜排的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种软铜排的设计方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的一种软铜排的设计装置的逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种软铜排，参见图1，该软铜排的结构包括：第一连接部11、第二连接部12、以及连接在第一连接部11与第二连接部12之间的凸起部13。本实施例示出的凸起部13具体为半圆形。凸起部13还可以为其他弧形，如图2和图3所示，以及波浪形，如图4和图5所示。
第一连接部11包括第一连接孔，通过第一连接孔与第一电池模组21连接。
第二连接部12包括第二连接孔，通过第二连接孔与第二电池模组22连接，第一电池模组21和第二电池模组22相邻。
将第一连接部11与第二连接部12之间的连接部分设置为凸起部13，在恶劣工况下，凸起部13受力拉直，应力分布均匀，无应力集中，不进行力的传递，提高了软铜排的疲劳寿命和接触电阻的稳定性。
本实施例还提供了一种上述的软铜排的设计方法，参见图6，该方法包括步骤：
S11：对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向。
在本实施例中，预先根据动力电池的三维模型，在Hypermesh中建立动力电池有限元网络模型。动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组。即动力电池有限元网络模型忽略了线束和软铜排结构，避免了对软铜排的建模分析，并且将线束和软铜排的质量赋予电池模组，使得分析结果更接近实际情况。动力电池有限元网络模型中电池模组的质量等于实际的电池模组以及线束和软铜排的质量总和；将电池模组的结构进行简化处理，简化后的电池模组模型包括端板、侧板和所有的单个电池(Cell)简化成的实体。对于电池包中的胶粘连接处，在动力电池有限元网络模型中采用tie处理；对于电池包中的螺栓连接处和焊缝连接处，在动力电池有限元网络模型中采用刚性单元连接；对于电池包中的焊缝连接处，在动力电池有限元网络模型中还可以采用seam处理。
对动力电池有限元网络模型进行模态分析：利用有限元结构分析软件，例如optistruct，在动力电池安装点处施加全约束；模态分析频率范围为0～200Hz，输出6个自由度方向的参与因子和有效质量。参见图7所示，动力电池安装在车辆上，行车方向为X向，高度方向为Z向，车辆横向为Y向。根据模态分析结果确定各个方向的主频。具体的，通过分析得到Z向在20Hz时有效质量最多，即Z向的主频为20Hz；通过分析等到Y向在30Hz时有效质量最多，即Y向主频为30Hz；通过分析等到X向在40Hz时有效质量最多，即X向主频为40Hz。由于Z向的主频最低，则认为动力电池在Z方向刚度最弱即动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向为Z向。
S12：获取极限机械冲击工况信号。
极限机械冲击工况信号为造成第一电池模组21与第二电池模组22产生最大间距时的数据。在本实施里中极限机械冲击工况信号即为25g、15ms的加速度。25g表示25个重力加速度、15ms表示脉宽为15ms的半弦波。
S13：在动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到第一电池模组21与第二电池模组22之间的最大间距L1。
在本实施例中的机械冲击分析，采用有限元分析软件，例如ls-dyna；在动力电池的安装点出约束出Z向外的其他5个方向自由度；将25g、15ms的加速度信号施加在动力电池安装点的Z向上，得到第一模组21与第二模组22的间距与时间之间的对应关系；进而可以得到第一模组21与第二模组22之间的最大间距L1。现有技术中的模态分析方法和机械冲击分析方法本实施例均可以利用，对于具体的模态分析过程和机械冲击分析过程本发明不做限定。
S14：将最大间距L1减去第一电池模组21与第二电池模组22之间的初始间距L2后乘以预设安全系数a，然后加上软铜排两端的初始间距L3，得到软铜排的总长度L4＝a*(L1-L2)+L3。
总长度L4即为软铜排收到拉力，凸起部13拉直后，软铜排两端之间的距离。L3即为软铜排不受拉力时，软铜排两端之间的距离。安全系数的取值区间为[1，3]。在一个具体实施例中选取安全系数为2，既提高了软铜排的疲劳寿命和接触电阻的稳定性，又不至于浪费材料。
本实施例提供了一种上述的软铜排的设计装置，参见图7，该装置包括：模态分析单元11、数据获取单元12、机械冲击分析单元13和总长度计算单元14。
模态分析单元11，用于对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向，所述动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组；
数据获取单元12，用于获取极限机械冲击工况信号，所述极限机械冲击工况信号为造成所述第一电池模组与所述第二电池模组产生最大间距时的数据；
机械冲击分析单元13，用于在所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加所述极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的最大间距；
总长度计算单元13，用于将所述最大间距减去所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的初始间距后乘以预设安全系数，然后加上所述软铜排两端的初始间距，得到软铜排的总长度，所述安全系数的取值区间为[1，3]。
对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种软铜排，其特征在于，包括：第一连接部(11)、第二连接部(12)、以及连接在所述第一连接部(11)与所述第二连接部(12)之间的凸起部(13)；
所述第一连接部(11)包括第一连接孔，通过所述第一连接孔与第一电池模组连接；
所述第二连接部(12)包括第二连接孔，通过所述第二连接孔与第二电池模组连接，所述第一电池模组和所述第二电池模组相邻。
2.根据权利要求1所述的软铜排，其特征在于，所述凸起部(13)具体为：
弧形或波浪形。
3.一种如权利要求1或2所述的软铜排的设计方法，其特征在于，包括：
对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向，所述动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组；
获取极限机械冲击工况信号，所述极限机械冲击工况信号为造成所述第一电池模组与所述第二电池模组产生最大间距时的数据；
在所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加所述极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的最大间距；
将所述最大间距减去所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的初始间距后乘以预设安全系数，然后加上所述软铜排两端的初始间距，得到软铜排的总长度，所述安全系数的取值区间为[1，3]。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述安全系数为2。
5.一种如权利要求1或2所述的软铜排的设计装置，其特征在于，包括：
模态分析单元，用于对预先建立的动力电池有限元网络模型进行模态分析，得到所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向，所述动力电池有限元网络模型为反映电池包箱体、电池模组、高压盒和BMS的真实结构的有限元模型，软铜排质量以及线束质量均添加到电池模组；
数据获取单元，用于获取极限机械冲击工况信号，所述极限机械冲击工况信号为造成所述第一电池模组与所述第二电池模组产生最大间距时的数据；
机械冲击分析单元，用于在所述动力电池有限元网络模型的刚度最弱方向施加所述极限机械冲击工况信号进行机械冲击分析，得到所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的最大间距；
总长度计算单元，用于将所述最大间距减去所述第一电池模组与所述第二电池模组之间的初始间距后乘以预设安全系数，然后加上所述软铜排两端的初始间距，得到软铜排的总长度，所述安全系数的取值区间为[1，3]。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述安全系数为2。
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