CN113722954A - 一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 - Google Patents
一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113722954A CN113722954A CN202110976253.2A CN202110976253A CN113722954A CN 113722954 A CN113722954 A CN 113722954A CN 202110976253 A CN202110976253 A CN 202110976253A CN 113722954 A CN113722954 A CN 113722954A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- finite element
- element model
- battery pack
- pack shell
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 151
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 94
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 43
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 29
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 28
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 20
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 20
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 17
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 14
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 13
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 108700041286 delta Proteins 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 238000012356 Product development Methods 0.000 abstract description 10
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004904 shortening Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 88
- 239000000306 component Substances 0.000 description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 description 3
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Algebra (AREA)
- Geometry (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本发明涉及一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，属于电池包设计方法技术领域。本发明的技术方案是：（1）建立电池包壳体有限元模型；（2）建立电池包壳体有限元模型的验证条件；（3）判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性、壁厚以及有限元模型，并返回步骤（1），若是，则进入步骤（4）；（4）重复步骤（1）至步骤（3），得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型；（5）对有限元模型进行试验设计，并优化电池包壳体各部件的材料属性。本发明的有益效果是：有利于减少工程实际中复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，属于电池包设计方法技术领域。
背景技术
随着社会的发展，环境污染问题越来越受到重视，由于石油等不可再生资源不断消耗凸显出来的能源短缺问题也越来越引起关注。以美国、中国、欧盟、日本为代表的国家和地区纷纷开始转型，相继将新能源汽车上升为国家战略，作为缓解能源压力、减轻环境污染的重要手段之一，并陆续出台了一系列政策措施鼓励新能源汽车的发展和市场推广。电动汽车作为新能源汽车中的典型代表，具有零排放、效率高等突出优点，已逐渐成为世界各大汽车公司研究和发展的重要方向。考虑多种工况的电动汽车轻量化设计也成为目前的研究热点。
对传统燃油汽车而言，整车质量减少10％，可节省燃油6％-8％；而对于电动汽车，有研究表明其整车重量每降低10kg，续航里程可增加2.5km，这不仅能够减少电池的更换次数，还能够降低电池的使用成本，同样整备质量情况下也可以配置更多的电池模组。电池包系统作为电动汽车的关键核心零部件之一，其性能好坏对电动汽车的续航里程和安全性能有着直接影响。但是，目前商业化的电池包系统质量和体积普遍较大，对其进行轻量化设计可以在同样整备质量的前提下安装容量更大的电池，提升电动汽车的续航能力。在目前电池能量密度提高较困难的情况下，对电池包结构进行轻量化设计来减轻整车重量并提升行驶安全性能显得十分必要。
近年来，国内外专家学者对电池包轻量化设计开展了较为系统的研究，包括减小壁厚、采用5052系列铝合金作为电池包壳体材料、对顶盖、托架和横梁等部件分别进行了形貌和尺寸优化、加强筋重新布局等方法。
目前的研究主要集中于对电池包的某些部件进行结构优化设计，提高电池包壳体的固有频率和机械性能，选用铝合金等轻量化材料对其进行轻量化设计等；而尚未系统地开展其他轻量化材料如高强钢的选材研究，尤其是高强钢中不同牌号材料的组合选用较少，这使得高强钢材料在电池包轻量化研究中具有较大的提升空间。尽管铝合金具有密度小、比强度和比刚度高以及抗冲击性能好等优点，但铝合金在电池包壳体上的应用需要较先进的连接工艺和较大的制造成本投入。
发明内容
本发明目的是提供一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，有利于减少工程实际中复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，包含以下步骤：
(1)建立电池包壳体有限元模型；
(2)建立电池包壳体有限元模型的验证条件；
(3)判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性、壁厚以及有限元模型，并返回步骤(1)，若是，则进入步骤(4)；所述材料为高强钢材料；所述材料属性包括材质、材质屈服强度、材质抗拉强度、材质弹性模量、材质泊松比、材质密度以及本构模型；
(4)重复步骤(1)至步骤(3)，得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型；
(5)对有限元模型进行试验设计，并优化电池包壳体各部件的材料属性。
所述步骤(1)中，建立电池包壳体有限元模型的步骤如下：
①获取电池包壳体三维均质化模型；电池包壳体的部件包括上盖、下壳体、若干纵梁、若干横梁、上支架和若干托架，上盖和下壳体组成腔体，上支架布置在腔体内，将腔体分隔为若干子空间，纵梁和横梁布置在子空间内，将子空间分隔成若干电池放置单元并提高系统刚度与强度，一个电池放置单元内供一组电池放入；
②对电池包壳体三维均质化模型进行几何清理；
③对几何清理后电池包壳体三维均质化模型进行网格划分；
④添加电池包壳体各部件的连接约束，述连接约束包括接触和间隙，其中接触表示两个部件相接触，间隙表示两个部件不接触；
⑤添加各部件的材料属性和壁厚；
⑥基于步骤②至步骤⑤，建立有限元模型；
⑦计算有限元模型的节点位移q(t)；有限元模型位移q(t)满足下式：
式中，M表示有限元模型的质量矩阵；C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵；q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷；
其中，有限元模型的质量矩阵M如下所示：
式中，Ve为体积；e表示有限元单元；N为形状函数矩阵；T'为连续体的壁厚；上标T表示转置；ρ为连续体的密度；
有限元模型的刚度矩阵C如下所示：
式中，μ为连续体的阻尼系数；
有限元模型的阻尼矩阵K如下所示：
式中，D和B分别表示弹性矩阵和应变-位移矩阵；
节点外载荷F(t)如下所示：
式中，Sδ为边界；b和P分别表示体积Ve和边界Sδ上的分布外载荷；
⑧计算电池包壳体结构的位移场u(x,y,t)、应变场ε(x,y,t)和应力场σ(x,y,t)，分别如下所示：
u(x,y,t)＝N(x,y)q(t)
ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t)
σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t)
式中，D为弹性矩阵，t为时间；ε
弹性矩阵D如下所示：
式中，E为弹性模量。
所述步骤(2)中，电池包壳体有限元模型的验证条件包括以下八种：
①确认有限元模型材料属性的正确性；
②确认集中质量单元的质量、惯性特性和弹性单元的刚度；
③确认单元的连续性和整体结构的正确性；
④确认约束的合理性和约束自由度的正确性；
⑤确认有限单元是否正确；
⑥确认多点约束是否正确；
⑦确认单元和约束的参考坐标系正确；
⑧确认有限元模型没有奇异点。
所述步骤(5)中，优化电池包壳体各部件的材料属性，基本步骤如下：
①利用基于载荷谱加载的振动分析方法对有限元模型进行随机振动分析；
②利用基于载荷谱加载的振动分析方法对筛选出的有限元模型进行定频振动分析；
③确定有限元模型的最优材料属性和壁厚组合；
④对有限元模型进行疲劳强度分析，确定有限元模型的最低疲劳寿命a；判断有限元模型的最低疲劳寿命a>阈值amax是否成立，若是，则进入步骤⑥，否则进入步骤⑤；
⑤修改有限元模型的材料和壁厚，并返回步骤④；
⑥利用半正弦冲击波对有限元模型进行若干次机械冲击模拟试验，并监测有限元模型的最大应力δ1；判断最大应力δ1<材料屈服强度是否成立，若是，则进入步骤⑦，否则返回步骤⑤；
⑦分别在X方向和Y方向对有限元模型进行碰撞模拟试验，并监测有限元模型所有部件的应力；判断所有部件的应变<材料最大许可应变是否成立，若是，则进入步骤⑧，否则返回步骤⑤；
⑧分别在X方向和Y方向对有限元模型进行挤压模拟试验，并监测有限元模型中电池模组的最大应力δl2<阈值δlmax是否成立，若是，则输出有限元模型的材料属性和壁厚，否则返回步骤⑤。
所述步骤④中，对有限元模型进行疲劳强度分析的步骤如下：
a、对有限元模型进行频率响应分析，得到有限元模型在单位加速度载荷下的响应函数；
b、将PSD激励和材料的疲劳特性曲线输入到响应函数中，得到响应结果；
c、参照标准《20160967-Q-339电动汽车用动力蓄电池安全要求》对响应结果进行随机振动疲劳分析，预测得到有限元模型的最低疲劳寿命a。
本发明的有益效果是：有利于减少工程实际中复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期。
附图说明
图1为电池包壳体3D结构；
图2为电池包壳体有限元模型I；
图3为电池包壳体有限元模型II；
图4为有限元模型验证流程；
图5为材料组合分析流程图；
图6为部件减薄时主要部件应力大小(更换DC01)；
图7为部件减薄时主要部件应力大小(更换B280)；
图8(a)为随机振动主要部件应力云图I；
图8(b)为随机振动主要部件应力云图II；
图8(c)为随机振动主要部件应力云图III；
图8(d)为随机振动主要部件应力云图IV；
图9(a)为定频振动主要部件应力云图I；
图9(b)为定频振动主要部件应力云图II；
图9(c)为定频振动主要部件应力云图III；
图9(d)为定频振动主要部件应力云图IV；
图10为随机振动疲劳寿命分析流程图；
图11为随机振动测试曲线；
图12为上支架疲劳分析寿命云图；
图13为底壳疲劳分析寿命云图；
图14为机械冲击容差范围示意图；
图15为机械冲击整体应力云图；
图16为X向碰撞加速度曲线；
图17为Y向碰撞加速度曲线；
图18为X向碰撞应力云图；
图19为Y向碰撞应力云图；
图20为挤压板示意图；
图21为X向挤压结果；
图22为Y向挤压结果。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，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案例，都属于本发明保护范围。
一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，包含以下步骤：
(1)建立电池包壳体有限元模型；
(2)建立电池包壳体有限元模型的验证条件；
(3)判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性、壁厚以及有限元模型，并返回步骤(1)，若是，则进入步骤(4)；所述材料为高强钢材料；所述材料属性包括材质、材质屈服强度、材质抗拉强度、材质弹性模量、材质泊松比、材质密度以及本构模型；
(4)重复步骤(1)至步骤(3)，得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型；
(5)对有限元模型进行试验设计，并优化电池包壳体各部件的材料属性。
所述步骤(1)中，建立电池包壳体有限元模型的步骤如下：
①获取电池包壳体三维均质化模型；电池包壳体的部件包括上盖、下壳体、若干纵梁、若干横梁、上支架和若干托架，上盖和下壳体组成腔体，上支架布置在腔体内，将腔体分隔为若干子空间，纵梁和横梁布置在子空间内，将子空间分隔成若干电池放置单元并提高系统刚度与强度，一个电池放置单元内供一组电池放入；
②对电池包壳体三维均质化模型进行几何清理；
③对几何清理后电池包壳体三维均质化模型进行网格划分；
④添加电池包壳体各部件的连接约束，述连接约束包括接触和间隙，其中接触表示两个部件相接触，间隙表示两个部件不接触；
⑤添加各部件的材料属性和壁厚；
⑥基于步骤②至步骤⑤，建立有限元模型；
⑦计算有限元模型的节点位移q(t)；有限元模型位移q(t)满足下式：
式中，M表示有限元模型的质量矩阵；C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵；q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷；
其中，有限元模型的质量矩阵M如下所示：
式中，Ve为体积；e表示有限元单元；N为形状函数矩阵；T'为连续体的壁厚；上标T表示转置；ρ为连续体的密度；
有限元模型的刚度矩阵C如下所示：
式中，μ为连续体的阻尼系数；
有限元模型的阻尼矩阵K如下所示：
式中，D和B分别表示弹性矩阵和应变-位移矩阵；
节点外载荷F(t)如下所示：
式中，Sδ为边界；b和P分别表示体积Ve和边界Sδ上的分布外载荷；
⑧计算电池包壳体结构的位移场u(x,y,t)、应变场ε(x,y,t)和应力场σ(x,y,t)，分别如下所示：
u(x,y,t)＝N(x,y)q(t)
ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t)
σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t)
式中，D为弹性矩阵，t为时间；ε
弹性矩阵D如下所示：
式中，E为弹性模量。
所述步骤(2)中，电池包壳体有限元模型的验证条件包括以下八种：
①确认有限元模型材料属性的正确性；
②确认集中质量单元的质量、惯性特性和弹性单元的刚度；
③确认单元的连续性和整体结构的正确性；
④确认约束的合理性和约束自由度的正确性；
⑤确认有限单元是否正确；
⑥确认多点约束是否正确；
⑦确认单元和约束的参考坐标系正确；
⑧确认有限元模型没有奇异点。
所述步骤(5)中，优化电池包壳体各部件的材料属性，基本步骤如下：
①利用基于载荷谱加载的振动分析方法对有限元模型进行随机振动分析；
②利用基于载荷谱加载的振动分析方法对筛选出的有限元模型进行定频振动分析；
③确定有限元模型的最优材料属性和壁厚组合；
④对有限元模型进行疲劳强度分析，确定有限元模型的最低疲劳寿命a；判断有限元模型的最低疲劳寿命a>阈值amax是否成立，若是，则进入步骤⑥，否则进入步骤⑤；
⑤修改有限元模型的材料和壁厚，并返回步骤④；
⑥利用半正弦冲击波对有限元模型进行若干次机械冲击模拟试验，并监测有限元模型的最大应力δ1；判断最大应力δ1<材料屈服强度是否成立，若是，则进入步骤⑦，否则返回步骤⑤；
⑦分别在X方向和Y方向对有限元模型进行碰撞模拟试验，并监测有限元模型所有部件的应力；判断所有部件的应变<材料最大许可应变是否成立，若是，则进入步骤⑧，否则返回步骤⑤；
⑧分别在X方向和Y方向对有限元模型进行挤压模拟试验，并监测有限元模型中电池模组的最大应力δl2<阈值δlmax是否成立，若是，则输出有限元模型的材料属性和壁厚，否则返回步骤⑤。
所述步骤④中，对有限元模型进行疲劳强度分析的步骤如下：
a、对有限元模型进行频率响应分析，得到有限元模型在单位加速度载荷下的响应函数；
b、将PSD激励和材料的疲劳特性曲线输入到响应函数中，得到响应结果；
c、参照标准《20160967-Q-339电动汽车用动力蓄电池安全要求》对响应结果进行随机振动疲劳分析，预测得到有限元模型的最低疲劳寿命a。
实施例1：
参见图1至图22，基于高强钢与尺寸优化的电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，包括以下步骤：
1)建立电池包壳体有限元模型，步骤如下：
1.1)获取电池包壳体三维均质化模型。所述电池包壳体的部件包括上盖、下壳体、若干纵梁、若干横梁、上支架和若干托架。所述上盖和下壳体组成腔体。所述上支架布置在腔体内，从而将腔体分隔为若干子空间。所述纵梁和横梁布置在子空间内，从而将子空间分隔成若干电池放置单元并提高系统的刚度与强度。一个电池放置单元内供一组电池放入。
1.2)对电池包壳体三维均质化模型进行几何清理。
1.3)对几何清理后电池包壳体三维均质化模型进行网格划分。
1.4)添加电池包壳体各部件的连接约束。所述连接约束包括接触和间隙。接触表示2个部件相接触。间隙表示2个部件不接触。
1.5)添加各部件的材料属性和壁厚。
1.6)基于步骤1.2)至步骤1.5)，建立有限元模型。
1.7)计算有限元模型位移q(t)。有限元模型位移q(t)满足下式：
式中，M表示有限元模型的质量矩阵。C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵。q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷。
其中，有限元模型的质量矩阵M如下所示：
式中，Ve为体积。e表示有限元单元。N为形状函数。T'为连续体的壁厚。上标T表示转置。ρ为连续体的密度。
有限元模型的刚度矩阵C如下所示：
式中，μ为连续体的阻尼系数。
有限元模型的阻尼矩阵K如下所示：
式中，D和B分别表示弹性矩阵和应变-位移矩阵。
节点外载荷F(t)如下所示：
式中，Sδ为边界。b和P分别表示体积Ve和边界Sδ上的分布外载荷。
1.8)计算电池包壳体结构的位移场u(x,y,t)、应变场ε(x,y,t)和应力场σ(x,y,t)，分别如下所示：
u(x,y,t)＝N(x,y)q(t) (6)
ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t) (7)
σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t) (8)
式中，D为弹性矩阵。t为时间。
弹性矩阵D如下所示：
式中，E为弹性模量。
2)建立电池包壳体有限元模型的验证条件。
电池包壳体有限元模型的验证条件包括以下8种：
I)确认有限元模型材料属性的正确性。
II)确认集中质量单元的质量、惯性特性和弹性单元的刚度。
III)确认单元的连续性和整体结构的正确性。
IV)确认约束的合理性和约束自由度的正确性。
V)确认有限单元是否正确。
VI)确认多点约束是否正确。
VII)确认单元和约束的参考坐标系正确。
VIII)确认有限元模型没有奇异点。
3)判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性和壁厚，并返回步骤1)，若是，则进入步骤4)。所述材料为高强钢材料。所述材料属性包括材质、材质屈服强度、材质抗拉强度、材质弹性模量、材质泊松比、材质密度以及本构模型。
4)重复步骤1)至步骤3)，得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型。
5)对有限元模型进行试验设计(DOE)，并优化电池包壳体各部件的材料属性，步骤如下：
5.1)利用基于载荷谱加载的振动分析方法对有限元模型进行随机振动分析。
5.2)利用基于载荷谱加载的振动分析方法对筛选出的有限元模型进行定频振动分析。
5.3)确定有限元模型的最优材料属性和壁厚组合。
5.4)对有限元模型进行疲劳强度分析，确定有限元模型的最低疲劳寿命a。判断有限元模型的最低疲劳寿命a>阈值amax是否成立，若是，则进入步骤5.6)，否则进入步骤5.5)。
对有限元模型进行疲劳强度分析的步骤如下：
5.4.1)对有限元模型进行频率响应分析，得到有限元模型在单位加速度载荷下的响应函数；
5.4.2)将PSD激励和材料的疲劳特性曲线输入到响应函数中，得到响应结果；
5.4.3)对响应结果进行随机振动疲劳分析，预测得到有限元模型的最低疲劳寿命a。
5.5)修改有限元模型的材料和壁厚，并返回步骤5.4)。
5.6)利用半正弦冲击波对有限元模型进行若干次机械冲击模拟试验，并监测有限元模型的最大应力δ1。判断最大应力δ1<材料屈服强度是否成立，若是，则进入步骤5.7)，否则返回步骤5.5)。
5.7)分别在X方向和Y方向对有限元模型进行碰撞模拟试验，并监测有限元模型所有部件的应力。判断所有部件的应变<材料最大许可应变是否成立，若是，则进入步骤5.8)，否则返回步骤5.5)。
5.8)分别在X方向和Y方向对有限元模型进行挤压模拟试验，并监测有限元模型中电池模组的最大应力δl2<阈值δlmax是否成立，若是，则输出有限元模型的材料属性和壁厚，否则返回步骤5.5)。
实施例2：
基于高强钢与尺寸优化的电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，包括以下步骤：
1)有限元模型
1.1)有限元模型的建立
有限元模型是一组仅在节点处连接，仅靠节点传力，仅在节点处受约束的组合体，是为有限元分析提供原始数据的计算模型，它能准确地描述出实际物体的物理与几何特征，使得通过有限元方法计算出的结果具有较大的参考价值。其基本思想是把连续的几何体离散成有限单元，并在单元中设置有限节点从而将连续的结构看作仅在节点处连接的一组单元的集合体。为了控制并减小误差，有限元模型应该满足可靠性、精确性和鲁棒性等性能指标。其控制方程可以通过虚功原理或者最小势能原理推导：
其中M表示有限元模型的质量矩阵，C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵，q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷。这些可以通过式(2)-(5)求出：
其中N、D和B分别表示形状函数、弹性矩阵以及应变-位移矩阵，可根据位移场试函数、几何边界条件、几何、平衡和物理方程计算。μ、ρ和T分别代表连续体的阻尼系数、密度和壁厚，b和P分别包括体积Ve和边界Sδ上的分布外载荷。
本发明研究的电池包壳体3D结构如图1所示，主要部件有上盖、下壳体、纵横梁、上支架以及托架。该原始模型下壳体使用的材料主要有DC01、B210、B280和B340等，上盖材料为复合材料SMC，主要部件采用的材料以及相关材料属性如表1和表2所示。
表1相关部件材料及壁厚
表2材料属性
该电池包壳体各部件的壁厚在1-3mm左右，且其长宽比远大于壁厚，可以采用壳单元对其建模。而对于电池模组，由于集中质量模型会增大频率误差，本发明采用均质化模型建立电池模组。经过几何清理、网格划分、部件间的连接与材料赋予等步骤，建立的有限元模型如图2所示。
对于所建立的有限元模型，如果计算求出了所有节点的位移，则电池包壳体结构的位移场、应变场和应力场可以通过式(6)-(8)求出：
u(x,y,t)＝N(x,y)q(t) (6)
ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t) (7)
σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t) (8)
弹性矩阵D可以通过式(9)表示：
1.2)有限元模型的验证
在有限元分析中，模型的验证是其中的一个必要过程，只有当模型通过了验证，才能将其用于后续的分析，才能保证分析结果的可信度和有效性。模型验证即在适用的范围内，针对建模与仿真对象确保有限元模型能充分支持后续用途并具有令人满意的计算精度。
为了确保模型的可靠性，有限元模型建立后需要对其进行一些初步检查，例如材料属性赋予是否正确，边界约束定义是否恰当，整体几何模型与相关单元是否准确等。同时，还需要对网格的翘曲、内角、雅可比、长宽比等参数进行调整与优化，保证有限元模型的模拟精度。具体的有限元模型验证步骤如下图3所示。经检查，该电池包壳体有限元模型共90679个单元，其中四边形单元87141个，占总网格数的96.1％，三角形单元3538个，占比3.9％，且网格合格率达到99.9％，该有限元模型具有较高的网格质量。
在本发明中，通过对有限元模型进行约束模态分析，并将仿真分析结果与台架试验结果对比来验证所建立的有限元模型的有效性和可用性。模态分析可以了解结构部件在某段易受影响的频率范围内的各阶主要模态特性，可以预测此频段下该结构在外部或内部各种振源综合作用下产生的实际振动响应。约束模态需要根据实际的安装固定方式对有限元模型施加边界约束。该电池包壳体通过托架两端的安装孔采用螺栓连接方式固定在底盘上，因此需要将电池包壳体托架两端的安装孔设置固定约束。约束模态分析结果显示前六阶固有频率分别为31.2Hz、42Hz、44.5Hz、55.9Hz、62.1Hz和64.9Hz，各阶振型描述如表3所示。
表3前六阶振型描述
通过上述仿真分析结果可知，该电池包壳体有限元模型的约束模态分析第一阶固有频率为31.2Hz，而经过台架试验测量所得的一阶固有频率为32Hz，相对误差为2.5％。
2)高强钢材料组合选型设计
2.1)随机振动分析初选材料组合
汽车在行驶过程中，加减速和路面环境等因素都会使得汽车处于振动状态，汽车上的零部件也会不可避免的受到振动影响。振动分析可以模拟汽车实际行驶过程中的振动环境，分析零部件在受振动时的应力应变情况，从而为零部件的设计、制造过程提供参考。
电池包随机振动工况的Z向要求最为严苛，因此将采用随机振动Z向工况对该电池包壳体进行分析来初步确定相关部件的材料与壁厚，再通过定频振动分析进一步确定模型所选用的材料与壁厚组合并进行疲劳强度分析，最后对确定的模型进行机械冲击、模拟碰撞与挤压工况的验证分析，确保模型的可靠性和碰撞安全性。具体流程如图4所示。
通过对电池包的随机振动分析，可以确定其频率响应结果，得到位移及应力的标准方差，为分析电池包壳体的耐久性提供基础。参考标准《20160967-Q-339电动汽车用动力蓄电池安全要求》(以下简称标准)，对安装在车辆乘员舱下部的电池包施加随机激励，其功率谱密度如表4所示。
表4电池包振动测试条件
原电池包壳体中采用的材料主要有DC01、B210、B280以及B340等，其中DC01和B280占比最多，因此考虑用高强钢分别替换这两种材料。对替换材料的部件分别减薄进行灵敏度分析，并结合电池包壳体具体的结构特点，得到符合材料屈服强度要求的材料和壁厚组合。可替换的高强钢有双相钢590DP、780DP以及980DP，其相关材料属性如表5所示。
表5高强钢材料属性
通过初步的随机振动分析发现，该电池包的上支架应力值最大，其RMS值超过了200Mpa。考虑到3Sigma设计要求，只有980DP材料能满足其应力要求；为了更好地利用材料的性能，确定上支架的壁厚相对于原始模型壁厚减薄0.2mm。在此基础上对其他部件更换材料并减薄壁厚再次进行随机振动分析。在此过程中发现，各部件的减薄对自身的应力变化较大，而对其他部件的应力变化影响较小，具体如图5和图6所示的材料壁厚的灵敏度分析结果。
图5表示把采用DC01材料的部件换成780DP材料，相关部件分别减薄0.1mm、0.2mm和0.3mm时主要部件的应力变化曲线。在此图中下支架纵梁与加强筋(原始材料为DC01，如表1所示)逐渐减薄，而其余部件壁厚不变，观察可知下支架纵梁和加强筋的应力变化较大，其余部件的应力大小变化较小，应力曲线近似于一条水平线。图6表示把采用B280的部件换成780DP材料，相关部件分别减薄0.1mm、0.2mm和0.3mm时主要部件的应力变化曲线。在此图中底壳(原始材料为B280，如表1所示)材料替换成高强钢且壁厚逐渐减薄，其余部件壁厚不变，可以清楚地看到底壳的应力值大小随壁厚减薄呈上升趋势，而其余部件的应力值大小无明显变化。这也为部件的壁厚设计提供了参考。采用同样的分析思路，对其余部件进行材料替换并逐渐减薄壁厚，通过开展随机振动仿真分析选出符合随机振动工况的各部件材料和壁厚组合，初步确定的材料与壁厚组合如表6所示。
表6初选主要部件材料与壁厚
2.2)定频振动分析精选材料组合
汽车在行驶过程中会因为受到外界激励而遭到破坏，可采用道路试验法及台架试验法对电池包进行定频振动强度检验。本发明采用有限元软件模拟台架试验中的等幅振动试验即定频振动试验，得到定频振动情况下各部件的应力值，根据标准规定，定频振动分析的参数设置如表7所示。
表7定频振动测试条件
与随机振动分析相同，定频振动分析z向工况最为严苛，因此本发明只进行z向定频振动分析。对随机振动分析初选出的两组材料组合进行定频振动分析，仿真分析结果如表8所示。
表8主要部件应力值
由上表8可知，最大应力都发生在下支架纵梁处，但第二组材料组合的最大应力值(1153.1Mpa)远大于第一组材料组合的最大应力值(591.1Mpa)，因此确认选择第一组材料组合。但由于第一组材料组合中其最大应力值稍微高于所采用材料780DP的屈服强度(550Mpa)，所以不对下支架纵梁减薄，即采用其原始壁厚，降低最大应力值。最终确定各部件的材料及壁厚并对其再次进行随机与定频振动分析，得到的结果满足材料的屈服强度要求。主要部件的应力值如表9所示，相关部件的应力云图如图7和图8所示。
表9主要部件材料与壁厚
2.3)材料组合的疲劳分析
电池包作为电动汽车上的关键核心部件，实际使用过程中大范围的空间运动给其带来了时变复杂载荷。电池包除了要满足较高的强度和刚度要求外，还需要有足够长的使用寿命。所以电池包的疲劳寿命分析对于保障电动汽车及乘员安全就显得十分重要。
疲劳寿命分析主要有时域法和频域法。频域法从概率统计的角度统计载荷信息，采用功率谱密度描述随机振动载荷在各个频率组分上的统计特性，具有思路简单、计算量小等优点。本发明采用频域法对该电池包进行疲劳寿命分析。随机振动疲劳寿命分析流程图如图10所示。
在随机振动疲劳寿命分析之前需要进行频率响应分析，以期获得电池包在单位加速度载荷下的响应即该结构的传递函数。然后在输入PSD激励和材料疲劳特性曲线的情况下，将获得的结果进行随机振动疲劳分析，预测该电池包的疲劳寿命。根据标准，输入的PSD曲线如图11所示。
经过随机振动疲劳寿命分析，主要部件的疲劳寿命结果如表10所示，上支架和底壳的疲劳寿命云图如图12和图13所示。可以看到该电池包的最低疲劳寿命为2.2E+06s，远大于标准所要求的12h(4.32E+04s)，发生疲劳破坏的可能性较小。
表10主要部件最低疲劳寿命
2.4)材料组合的机械冲击分析
机械冲击指系统受到突然和非周期性激励时的状态变化。机械冲击试验是为了评估电池包受到一系列冲击时其性能是否失效。机械冲击的量值变化较大且较复杂，适用于确定机械结构的薄弱环节，考核结构的完整性。根据标准，本发明对所研究的电池包进行机械冲击分析的测试参数如表11所示，冲击波形为半正弦波，加速度大小为7g，冲击时间为6ms。冲击波范围容差如图14所示，考虑到最恶劣的工况，计算机仿真分析中采用最严格标准，即按照曲线E-F-G-H进行加载。相邻两次冲击的间隔时间以两次冲击在试验品上造成的响应不发生相互影响为标准。因此在仿真分析中，如果进行一次冲击后其最大应力未超过材料的屈服强度，则可只进行一次机械冲击仿真分析。
表11机械冲击测试参数
对最终确定了材料与壁厚的电池包结构有限元模型进行机械冲击仿真分析获得各部件的应力值，具体结果如表12所示。
表12主要部件最大应力值
从机械冲击分析结果来看，该电池包整体结构应力较小，只有局部结构应力较大。机械冲击的整体应力云图如图15所示。其最大应力值为434.8Mpa，位于加强筋上,未超过所采用材料的屈服强度，因此优化后的电池包结构满足机械冲击要求。
3)碰撞与挤压工况验证
3.1)模拟碰撞工况分析验证
为了降低电动汽车碰撞事故对乘员造成的机械伤害以及保证电池包的碰撞安全性，本发明将对优化后的电池包进行模拟碰撞工况的验证。模拟碰撞分析需要分别在X和Y方向进行，相关参数输入如表13所示。
表13模拟碰撞脉冲容差范围
在模拟碰撞分析中，选取适合的时间步长对于有效并准确地求解试验结果尤为重要。如果时间步长设置太小会使得模型的求解时间显著增加，若设置的太大又可能会发生求解不稳定，导致计算精度急剧下降。一般情况下，壳单元模型的最大稳定步长遵循式(10)：
其中L为单元特征长度，ρ为质量密度，E为弹性模量。
在仿真试验中，X、Y方向的实际加速度并不是严格按照预设值进行，而是在预设曲线周围上下波动，但总体数值满足碰撞工况的脉冲容差范围，实际的加速度曲线如图16和图17所示。
经过模拟碰撞分析，该电池包壳体相关部件的应力与应变如表14所示。整体碰撞应力云图如图18和19所示。
表14主要部件最大应力值
从仿真分析结果可知，X向的碰撞最大应力发生在底壳上，其值为828.7Mpa，虽然超过材料的屈服强度，但其应变很小，不会发生断裂。Y向的最大应力为524.1Mpa，未超过材料的屈服强度。因此X和Y向的碰撞结果均满足要求。
3.2)模组挤压工况分析验证
在挤压工况分析验证中，也需要对X和Y方向分别进行分析。根据标准，挤压速度为2mm/s，为了缩短计算时间，计算机仿真时挤压速度通常设定为2m/s，当挤压板达到100kN或电池包壳体的挤压变形达到30％时停止挤压。挤压板如图20所示。
图21和22表示挤压仿真分析结果，对于X向挤压，当挤压板达到100kN时，电池包壳体还未接触到模组，所以不会造成模组发生泄露以及爆炸等危险。对于Y向挤压，当挤压板达到100kN时，电池包壳体略微挤压到模组，但其应力值较小，约为62Mpa，也不会造成模组的破坏。综上该模型能满足挤压工况的要求。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明基于某电池包壳体真实结构和振动、冲击、碰撞、挤压多学科工况，利用灵敏度分析方法设计并优化高强钢材料的使用组合，利用薄板零部件的尺寸优化设计方法对原始结构进行了轻量化设计。首先建立电池包壳体有限元模型，通过对标约束模态分析结果和台架测试结果，验证有限元模型在线弹性范围内或一般非线性范围内的可用性和有效性。
在此基础上，本发明根据电池包壳体具体结构和随机振动分析初步确定电池包壳体的支架、底壳、横梁、加强筋等部件的高强钢材料组合和壁厚，并利用定频振动分析确定最终的材料壁厚组合，然后对优化的有限元模型进行机械冲击与疲劳寿命分析。最后根据标准进行模拟碰撞与模组挤压的数值仿真分析，仿真试验在数值上验证了优化模型的碰撞安全性。通过某电池包壳体的案例分析，结果表明，优化的电池包壳体能够满足振动、冲击、碰撞及挤压等多学科工况性能要求，并且电池包壳体减重10.41％。
本发明公开的考虑具体结构和基于高强钢材料的电池包壳体轻量化设计方法能够快速确定各部件的材料壁厚组合，有利于减少工程实际中复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期。
本发明基于某电池包壳体的真实结构，建立了电池包壳体2D有限元模型；通过对标约束模态分析结果和台架测试结果，验证了有限元模型在线弹性范围内或一般非线性范围内的可用性和准确性，为后续的数值仿真计算提供基础。基于模态分析的模型验证结论是否能够外推到碰撞等高度非线性领域需要今后的台架或实车搭载试验进一步验证，但该数值分析结果仍可用于指导电池包壳体设计，减少试验次数，降低试验成本。
本发明从随机振动分析着手，对电池包各部件的材料选型和尺寸优化组合进行了初步设计，再通过定频振动分析确定各部件最终的材料与壁厚。然后对优化后的模型进行了机械冲击、疲劳寿命、模拟碰撞以及挤压工况的数值分析，案例分析结果表明新的模型能满足振动、冲击、碰撞、挤压等多学科工况要求，且整个电池包壳体减重10.41％。考虑到台架试验或实车搭载试验的成本和周期，所探讨的基于高强钢与尺寸优化的电动汽车电池包壳体轻量化设计流程具有一定的理论与实际意义。
本发明考虑具体结构和基于高强钢材料的轻量化设计方法所确定的电池包壳体各部件的材料壁厚组合是该模型的PARATO优化解集中的一个解。电池包壳体的结构不同，轻量化设计流程不同，所产生的PARATO解集会有所不同，它可以用于指导工程实际，减少复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期。
Claims (5)
1.一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)建立电池包壳体有限元模型；
(2)建立电池包壳体有限元模型的验证条件；
(3)判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性、壁厚以及有限元模型，并返回步骤(1)，若是，则进入步骤(4)；所述材料为高强钢材料；所述材料属性包括材质、材质屈服强度、材质抗拉强度、材质弹性模量、材质泊松比、材质密度以及本构模型；
(4)重复步骤(1)至步骤(3)，得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型；
(5)对有限元模型进行试验设计，并优化电池包壳体各部件的材料属性。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，建立电池包壳体有限元模型的步骤如下：
①获取电池包壳体三维均质化模型；电池包壳体的部件包括上盖、下壳体、若干纵梁、若干横梁、上支架和若干托架，上盖和下壳体组成腔体，上支架布置在腔体内，将腔体分隔为若干子空间，纵梁和横梁布置在子空间内，将子空间分隔成若干电池放置单元并提高系统刚度与强度，一个电池放置单元内供一组电池放入；
②对电池包壳体三维均质化模型进行几何清理；
③对几何清理后电池包壳体三维均质化模型进行网格划分；
④添加电池包壳体各部件的连接约束，述连接约束包括接触和间隙，其中接触表示两个部件相接触，间隙表示两个部件不接触；
⑤添加各部件的材料属性和壁厚；
⑥基于步骤②至步骤⑤，建立有限元模型；
⑦计算有限元模型的节点位移q(t)；有限元模型位移q(t)满足下式：
式中，M表示有限元模型的质量矩阵；C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵；q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷；
其中，有限元模型的质量矩阵M如下所示：
式中，Ve为体积；e表示有限元单元；N为形状函数矩阵；T'为连续体的壁厚；上标T表示转置；ρ为连续体的密度；
有限元模型的刚度矩阵C如下所示：
式中，μ为连续体的阻尼系数；
有限元模型的阻尼矩阵K如下所示：
式中，D和B分别表示弹性矩阵和应变-位移矩阵；
节点外载荷F(t)如下所示：
式中，Sδ为边界；b和P分别表示体积Ve和边界Sδ上的分布外载荷；
⑧计算电池包壳体结构的位移场u(x,y,t)、应变场ε(x,y,t)和应力场σ(x,y,t)，分别如下所示：
u(x,y,t)＝N(x,y)q(t)
ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t)
σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t)
式中，D为弹性矩阵，t为时间；ε
弹性矩阵D如下所示：
式中，E为弹性模量。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电池包壳体有限元模型的验证条件包括以下八种：
①确认有限元模型材料属性的正确性；
②确认集中质量单元的质量、惯性特性和弹性单元的刚度；
③确认单元的连续性和整体结构的正确性；
④确认约束的合理性和约束自由度的正确性；
⑤确认有限单元是否正确；
⑥确认多点约束是否正确；
⑦确认单元和约束的参考坐标系正确；
⑧确认有限元模型没有奇异点。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中，优化电池包壳体各部件的材料属性，基本步骤如下：
①利用基于载荷谱加载的振动分析方法对有限元模型进行随机振动分析；
②利用基于载荷谱加载的振动分析方法对筛选出的有限元模型进行定频振动分析；
③确定有限元模型的最优材料属性和壁厚组合；
④对有限元模型进行疲劳强度分析，确定有限元模型的最低疲劳寿命a；判断有限元模型的最低疲劳寿命a>阈值amax是否成立，若是，则进入步骤⑥，否则进入步骤⑤；
⑤修改有限元模型的材料和壁厚，并返回步骤④；
⑥利用半正弦冲击波对有限元模型进行若干次机械冲击模拟试验，并监测有限元模型的最大应力δ1；判断最大应力δ1<材料屈服强度是否成立，若是，则进入步骤⑦，否则返回步骤⑤；
⑦分别在X方向和Y方向对有限元模型进行碰撞模拟试验，并监测有限元模型所有部件的应力；判断所有部件的应变<材料最大许可应变是否成立，若是，则进入步骤⑧，否则返回步骤⑤；
⑧分别在X方向和Y方向对有限元模型进行挤压模拟试验，并监测有限元模型中电池模组的最大应力δl2<阈值δlmax是否成立，若是，则输出有限元模型的材料属性和壁厚，否则返回步骤⑤。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤④中，对有限元模型进行疲劳强度分析的步骤如下：
a、对有限元模型进行频率响应分析，得到有限元模型在单位加速度载荷下的响应函数；
b、将PSD激励和材料的疲劳特性曲线输入到响应函数中，得到响应结果；
c、参照标准《20160967-Q-339电动汽车用动力蓄电池安全要求》对响应结果进行随机振动疲劳分析，预测得到有限元模型的最低疲劳寿命a。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110976253.2A CN113722954B (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110976253.2A CN113722954B (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113722954A true CN113722954A (zh) | 2021-11-30 |
| CN113722954B CN113722954B (zh) | 2024-06-28 |
Family
ID=78677815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110976253.2A Active CN113722954B (zh) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113722954B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115270584A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-11-01 | 湖南大学 | 适用于新能源电动汽车电池托架的轻量化方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5729463A (en) * | 1995-09-01 | 1998-03-17 | Ulsab Trust | Designing and producing lightweight automobile bodies |
| CN109583058A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-05 | 湖南大学 | 基于有限元方法的汽车电池箱结构设计方法 |
| CN110162828A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-08-23 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种电池包支架轻量化设计方法 |
| CN111027242A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-17 | 上海伊控动力系统有限公司 | 一种电池包模组等效仿真模型建立方法 |
| CN111222269A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-06-02 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 一种基于cae的电池包机械冲击过程的模拟测试方法 |
| CN112685946A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-20 | 重庆大学 | 基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法 |
| US20210118530A1 (en) * | 2019-05-27 | 2021-04-22 | Beijing University Of Technology | Multi-scale method for simulating mechanical behaviors of multiphase composite materials |
-
2021
- 2021-08-24 CN CN202110976253.2A patent/CN113722954B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5729463A (en) * | 1995-09-01 | 1998-03-17 | Ulsab Trust | Designing and producing lightweight automobile bodies |
| CN109583058A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-05 | 湖南大学 | 基于有限元方法的汽车电池箱结构设计方法 |
| CN110162828A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-08-23 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种电池包支架轻量化设计方法 |
| US20210118530A1 (en) * | 2019-05-27 | 2021-04-22 | Beijing University Of Technology | Multi-scale method for simulating mechanical behaviors of multiphase composite materials |
| CN111027242A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-17 | 上海伊控动力系统有限公司 | 一种电池包模组等效仿真模型建立方法 |
| CN111222269A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-06-02 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 一种基于cae的电池包机械冲击过程的模拟测试方法 |
| CN112685946A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-20 | 重庆大学 | 基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李?坤;余万铨;贺东方;张华;胡志力;: "纯电动汽车电池箱体结构分析与轻量化设计", 塑料工业, no. 08 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115270584A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-11-01 | 湖南大学 | 适用于新能源电动汽车电池托架的轻量化方法 |
| CN115270584B (zh) * | 2022-09-19 | 2022-12-23 | 湖南大学 | 适用于新能源电动汽车电池托架的轻量化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113722954B (zh) | 2024-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112685946B (zh) | 基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法 | |
| Xiong et al. | Effective weight-reduction-and crashworthiness-analysis of a vehicle’s battery-pack system via orthogonal experimental design and response surface methodology | |
| Pan et al. | Lightweight design of an automotive battery-pack enclosure via advanced high-strength steels and size optimization | |
| Wang et al. | Structure-material-performance integration lightweight optimisation design for frontal bumper system | |
| CN113722954B (zh) | 一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法 | |
| CN102855348A (zh) | 一种车用橡胶减振件疲劳性能预测方法 | |
| CN115935522A (zh) | 一种轻量化混合材料汽车b柱结构的优化方法 | |
| CN116090092A (zh) | 一种新能源车辆电池包的安全设计方法及其电池包 | |
| CN111222269A (zh) | 一种基于cae的电池包机械冲击过程的模拟测试方法 | |
| CN113901585A (zh) | 一种商用车驾驶室白车身轻量化优化方法 | |
| Ruan et al. | Simulation and optimization of a new energy vehicle power battery pack structure | |
| CN108491589A (zh) | 一种车载供氢系统框架结构的设计方法 | |
| CN115544746A (zh) | 一种多属性目标驱动的铝制副车架优化设计方法及系统 | |
| CN115292823A (zh) | 汽车动力电池包结构优化方法和设备 | |
| Dai et al. | Data simulation of the impact of ball strikes on the bottom of electric vehicle battery packs based on finite element analysis | |
| Wang et al. | Finite element modeling of electric vehicle power battery pack and its influence analysis and test research at body-in-white stage | |
| Ma et al. | Multi-objective crashworthiness design optimization of a rollover protective structure by an improved constraint-handling technique | |
| Liu et al. | Fatigue Analysis on a Battery Support Plate for the Pure Electric Vehicle | |
| Gupta et al. | Design and Simulation of Battery Enclosure for an Electric Vehicle Application | |
| CN113806873B (zh) | 一种考虑冲压成形影响的金属材料碰撞失效仿真方法 | |
| CN116341308A (zh) | 燃料电池发动机壳体耐振动冲击性能提升方法 | |
| Bai | [Retracted] Optimal Design of Vehicle Structure Based on Computer‐Aided Technology | |
| CN118627357B (zh) | 基于nsga-ⅱ遗传算法的储能电池簇架结构优化方法 | |
| CN117669045B (zh) | 一种飞行器耐撞性可靠性优化设计方法 | |
| Choi et al. | Progressive meta-model based design optimization for lithium-ion battery pack to improve cell cycle life |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |