CN115855411A - 一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置，方法包括：将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，子分析模型包括底座和工装支架；确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。本申请通过底座与工装支架之间的安装点等效替代整个底座进行模态频率计算，极大缩短了模态频率的计算时间，提高电池包工装结构的测试效率。

Description

一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置

技术领域

本申请涉及工装模态分析技术领域，尤其涉及一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置。

背景技术

随着对安全性能和能源的关注，电池包安全性能显的愈加重要，特别是电池包的振动特性要与整车进行匹配设计，也常用于其耐久寿命评价，当前用于电池包振动测试的工装多种多样，其结构也不一，有些设计出的工装结构不合理，也未进行振动频率分析，导致样件无法避开振动扫频频率，导致其设计出的工装出现返工甚至报废等情形，严重影响项目的整体开发节点。

当前用于电池包振动测试的工装大多数在前期数据阶段未进行振动分析和优化，同时由于考虑工装的精度影响，工装数据建模需要花费较多时间，而且进行工装整包模态及振动计算花费较长时间，有时还有可能需要进行多次的优化迭代，对于经验缺乏的工程师可能需要花费更多的时间，进而影响产品开发周期和迭代效率等。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置，本申请通过底座与工装支架之间的安装点等效替代整个底座进行模态频率计算，极大缩短了模态频率的计算时间，提高电池包工装结构的测试效率。

本申请主要包括以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供一种电池包工装结构模态频率的确定方法，方法包括：

将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，子分析模型包括底座和工装支架；确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一种可能的实施方式中，通过以下方式确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量：针对该安装点的每个预设方向，在该预设方向施加预设单位作用力，以得到该安装点在该预设方向所产生的位移；针对该安装点的每个预设方向，根据预设单位作用力以及所产生的位移，确定该安装点在该预设方向所产生的刚度值；由各预设方向所产生的刚度值形成该安装点对应的等效刚度向量。

在一种可能的实施方式中，针对每个安装点在每个预设方向所产生的刚度值，方法还包括：若该预设方向所产生的刚度值大于预设刚度阈值，则将预设刚度阈值确定为该安装点在该预设方向所产生的刚度值。

在一种可能的实施方式中，利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：根据每个安装点对应的等效刚度向量，构建等效刚度矩阵K，其中，等效刚度矩阵K中的每个元素k_ij表示第i个安装点在第j个预设方向上的刚度值；采用有限单元法对大型工装进行结构动力学分析，构建待测电池包工装分析模型的质量矩阵M，质量矩阵中的每个元素m_p表示第p个子分析模型的质量；根据等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一种可能的实施方式中，根据等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：分别对等效刚度矩阵K和质量矩阵M进行解耦，得到待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量；利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一种可能的实施方式中，利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：计算模态刚度和模态质量之间的比值；将比值的平方根确定为待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一种可能的实施方式中，方法还包括：判断模态频率是否处于预设频率区间；若模态频率处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型通过频率测试；若模态频率不处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型未通过频率测试。

第二方面、本申请实施例还提供一种电池包工装结构模态频率的确定装置，装置包括：

划分模块，用于将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，子分析模型包括底座和工装支架；属性确定模块，用于确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；刚度确定模块，用于根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；频率确定模块，用于利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中所述的电池包工装结构模态频率的确定方法的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中所述的电池包工装结构模态频率的确定的步骤。

本申请实施例提供的一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置，方法包括：将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，子分析模型包括底座和工装支架；确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。本申请通过底座与工装支架之间的安装点等效替代整个底座进行模态频率计算，极大缩短了模态频率的计算时间，提高电池包工装结构的测试效率。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种电池包工装结构模态频率的确定方法的流程图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种振动工装总成的结构示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种电池包工装结构模态频率的确定装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当前用于电池包振动测试的工装大多数在前期数据阶段未进行振动分析和优化，同时由于考虑工装的精度影响，工装数据建模需要花费较多时间，而且进行工装整包模态及振动计算花费较长时间，有时还有可能需要进行多次的优化迭代，此时对于经验缺乏的工程师可能需要花费更多的时间，进而影响产品开发周期和迭代效率。

基于此，本申请实施例提供了一种电池包工装结构模态频率的确定方法及装置，通过底座与工装支架之间的安装点等效替代整个底座进行模态频率计算，极大地缩短电池包性能优化迭代计算及验证周期，提高电池包工装结构的测试效率，具体如下：

请参阅图1，图1示出了本申请实施例所提供的一种电池包工装结构模态频率的确定方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的电池包工装结构模态频率的确定方法，包括以下步骤：

S100、将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型。

其中，子分析模型包括振动工装总成和电池包总成，请参阅图2，图2示出了本申请实施例所提供的一种振动工装总成的结构示意图。如图2所示，振动工装总成包括底座1和工装支架2，其中，底座1和工装支架2之间通过安装点固定连接在一起，安装点可以是螺栓等固定用连接件。

在一具体实施例中，在获取到待测电池包工装分析模型后，会按照电池包总成与工装支架之间的安装接触点，采用详细模型等效模型方法对电池包总成进行等效处理，以便形成后续求解待测电池包工装分析模型的模态频率的边界约束条件。

S200、确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性。

在一具体实施例中，工装支架对应的模型材料可为铝或钢材质，根据待测电池包工装分析模型中工装支架与底座的实际情况，确定其对应的模型材料。

模型刚度属性包括但不限于以下项中的至少一项：模型材料刚度、泊松比和材料密度。

S300、根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量。

在一优选实施例中，工装支架通过对应的安装点与底座固定连接，电池包总成会固定设置于工装支架上。

具体的，在本申请中，为提升模态频率的计算效率，不考虑底座整体，只需要考虑底座与工装支架之间的安装点的刚度，通过工装支架与底座之间对应的安装点的刚度，利用刚度等效的方法进行待测电池包工装分析模型对应的模态频率的计算，这样可以极大地提高计算效率。

在一具体实施例中，通过以下方式确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量：

针对该安装点的每个预设方向，在该预设方向施加预设单位作用力，以得到该安装点在该预设方向所产生的位移，针对该安装点的每个预设方向，根据预设单位作用力以及所产生的位移，确定该安装点在该预设方向所产生的刚度值，由各预设方向所产生的刚度值形成该安装点对应的等效刚度向量。

一示例中，如在某个安装点对应的六个方向上施加单位作用力，可得到该安装点在六个方向分别对应的刚度，例如，该安装点在X方向刚度约为1.4e7N/mm，单位作用力通常为1N，可根据实际需求进行设置，具体的，通过在安装点某方向上施加外部作用力，可以得到安装点在该方向上的变形量，即产生的弹性位移，进一步的，根据刚度计算公式即可确定该安装点在某方向上的刚度值。

在一具体实施例中，某安装点对应的等效刚度向量为(X:1.4e7N/mm，Y：1.4e7N/mm，Z：3e7N/mm)，表示某安装点在X、Y、Z三个方向上的刚度值分别为1.4e7N/mm、1.4e7N/mm和3e7N/mm。

在另一具体实施例中，针对每个安装点在每个预设方向所产生的刚度值，方法还包括：

若该预设方向所产生的刚度值大于预设刚度阈值，则将预设刚度阈值确定为该安装点在该预设方向所产生的刚度值。

在一具体实施例中，例如，计算某一安装点沿六个预设方向得到的等效刚度向量为(1.4e7N/mm，1.4e7N/mm，3e7N/mm，1e9N/mm，1e8N/mm，1e8N/mm)，其中，预设刚度阈值为1e8N/mm，则1e9N/mm大于1e8N/mm，因此，将1e9N/mm替换为1e8N/mm，最后得到的等效刚度向量为(1.4e7N/mm，1.4e7N/mm，3e7N/mm，1e8N/mm，1e8N/mm，1e8N/mm)。

返回图1，S400、利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一优选实施例中，利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

根据每个安装点对应的等效刚度向量，构建等效刚度矩阵K，其中，等效刚度矩阵K中的每个元素k_ij表示第i个安装点在第j个预设方向上的刚度值，采用有限单元法对大型工装进行结构动力学分析，构建待测电池包工装分析模型的质量矩阵M，质量矩阵M中的每个元素m_p表示第p个子分析模型的质量，根据等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一具体实施例中，例如，等效刚度矩阵

由等效刚度向量(1.4e7N/mm，1.4e7N/mm，3e7N/mm)和等效刚度向量(1.8e7N/mm，1.4e7N/mm，1.8e7N/mm)构成，其中，每一行表示一个安装点在X、Y、Z三个方向上所形成的等效刚度向量，其中，k₂₁表示第二个安装点在X方向上的刚度值为1.8e7。

在本申请中，p＝3，质量矩阵M中的每个元素m_p包括工装支架质量、底座质量和电池包总成质量。

在一优选实施例中，根据等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

分别对等效刚度矩阵K和质量矩阵M进行解耦，得到待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在另一具体实施例中，利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

计算模态刚度和模态质量之间的比值，将比值的平方根确定为待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

在一具体实施例中，通过以下公式确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率：

W_r ²＝K_r/M_r

在该公式中，W_r表示待测电池包工装分析模型对应的模态频率，K_r表示模态刚度，M_r表示模态刚度。

具体的，本申请采用特征值质量归一法以及结合电池包总成给予的边界条件，计算可获取待测电池包工装分析模型对应的模态频率和模态振型。

在另一优选实施例中，本申请的方法还包括：

判断模态频率是否处于预设频率区间，若模态频率处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型通过频率测试，若模态频率不处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型未通过频率测试。

在本申请实施例中，确定电池包工装结构模态频率的目的在于，判断待测电池包工装分析模型是否满足实际设计需求，若不满足设计需求，在实际应用中会导致待测电池包工装分析模型失效，进而导致电池包的相关实验无法进行，因此，通过计算出的模态频率以及结合预设频率区间，可以对电池包工装结构的稳定性进行判断，例如，当待测电池包工装分析模型对应的模态频率大于230HZ，则认为待测电池包工装分析模型相对稳定，可用于进行后续实验。

传统带底座进行模态频率的计算过程需要大概3个多小时才能计算出对应模态频率，与传统带底座进行模态频率计算相比，本申请通过安装点等效底座的方式，将模态频率计算时间缩短到5分钟之内，大大减少了计算时间，提高了计算效率。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供的电池包工装结构模态频率的确定方法对应的电池包工装结构模态频率的确定装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例的电池包工装结构模态频率的确定方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

请参阅图3，图3示出了本申请实施例提供的一种电池包工装结构模态频率的确定装置的结构示意图。如图3所示，装置包括：

划分模块210，用于将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，子分析模型包括底座和工装支架。

属性确定模块220，用于确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性。

刚度确定模块230，用于根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量。

频率确定模块240，用于利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

基于同一申请构思，请参阅图3，图3示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，电子设备300包括：处理器310、存储器320和总线330，所述存储器320存储有所述处理器310可执行的机器可读指令，当电子设备300运行时，所述处理器310与所述存储器320之间通过所述总线330进行通信，所述机器可读指令被所述处理器310运行时执行如上述实施例中任一所述的电池包工装结构模态频率的确定方法的步骤。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述实施例提供电池包工装结构模态频率的确定方法的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应所述理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者所述技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，所述计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池包工装结构模态频率的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，所述子分析模型包括底座和工装支架；

确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；

根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；

利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量：

针对该安装点的每个预设方向，在该预设方向施加预设单位作用力，以得到该安装点在该预设方向所产生的位移；

针对该安装点的每个预设方向，根据所述预设单位作用力以及所产生的位移，确定该安装点在该预设方向所产生的刚度值；

由各预设方向所产生的刚度值形成该安装点对应的等效刚度向量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，针对每个安装点在每个预设方向所产生的刚度值，所述方法还包括：

若该预设方向所产生的刚度值大于预设刚度阈值，则将预设刚度阈值确定为该安装点在该预设方向所产生的刚度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

根据每个安装点对应的等效刚度向量，构建等效刚度矩阵K，其中，等效刚度矩阵K中的每个元素k_ij表示第i个安装点在第j个预设方向上的刚度值；

采用有限单元法对大型工装进行结构动力学分析，构建待测电池包工装分析模型的质量矩阵M，所述质量矩阵中的每个元素m_p表示第p个子分析模型的质量；

根据所述等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述等效刚度矩阵K和质量矩阵M，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

分别对所述等效刚度矩阵K和质量矩阵M进行解耦，得到待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量；

利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用待测电池包工装分析模型对应的模态刚度和模态质量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率的步骤包括：

计算模态刚度和模态质量之间的比值；

将所述比值的平方根确定为待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述模态频率是否处于预设频率区间；

若所述模态频率处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型通过频率测试；

若所述模态频率不处于预设频率区间，则确定待测电池包工装分析模型未通过频率测试。

8.一种电池包工装结构模态频率的确定装置，其特征在于，所述装置包括：

划分模块，用于将待测电池包工装分析模型划分为多个子分析模型，所述子分析模型包括底座和工装支架；

属性确定模块，用于确定每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性；

刚度确定模块，用于根据工装支架与底座之间的每个安装点以及每个子分析模型对应的模型材料和模型刚度属性，确定每个安装点在多个预设方向所形成的等效刚度向量；

频率确定模块，用于利用每个安装点对应的等效刚度向量，确定待测电池包工装分析模型对应的模态频率。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的电池包工装结构模态频率的确定方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的电池包工装结构模态频率的确定方法的步骤。

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