CN116227295A

CN116227295A - 电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及存储介质

Info

Publication number: CN116227295A
Application number: CN202310233686.8A
Authority: CN
Inventors: 黄再坤; 张佩
Original assignee: Ningxia Baofeng Yuneng Technology Co Ltd
Current assignee: Ningxia Baofeng Yuneng Technology Co Ltd
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2043-03-10
Also published as: CN116227295B

Abstract

本发明实施例公开了一种电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及存储介质，所述方法包括：获取待建模电池包的仿真数据，其中，仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；根据预设仿真需求对第一仿真模型进行力学分析，并根据力学分析的结果对第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；按照预设拉伸处理规则对第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格；根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。本发明通过提前对仿真模型进行力学分析以及按照预设拉伸规则进行有限元建模的方式，有效提升了有限元模型的建模质量，并提升了电池包仿真计算的精度。

Description

电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及有限元仿真技术领域，尤其涉及一种电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

随着电池包工艺的不断完善，目标在电芯与电芯、电芯与电池包底板之间，通常采用打胶固定技术的技术工艺来进行连接。仿真工程师在搭建电池包有限元模型时，一般未考虑结构胶的存在而省去了对结构胶的建模仿真，但是结构胶的连接作用在电芯与电芯、电芯与底板之间的力学传导关系上有着至关重要的作用，因而直接省去对结构胶的仿真过程会对仿真的计算结果的精度有一定的影响。

因此，亟需一种能够有效提高仿真计算精度的电池包有限元建模方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及存储介质，具体方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种电池包有限元建模方法，所述方法包括：

获取待建模电池包的仿真数据，其中，所述仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；

根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，并根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；

按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，其中，n为正整数；

根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，包括：

对所述第一仿真模型进行静力学强度分析以及动力学工况仿真，以得到所述待建模电池包的关键零部件和非关键零部件，其中，关键零部件为在动力学工况仿真中参与力学传导的零部件，非关键零部件为在动力学工况仿真中不参与力学传导的零部件。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型，包括：

根据所述关键零部件和所述非关键零部件对所述第一仿真模型进行简化处理，以得到所述第二仿真模型，其中，所述第二仿真模型不包括所述非关键零部件。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，包括：

获取待建模电池包的电芯的几何参数；

根据所述电芯的几何参数，获取底板的几何参数；

根据所述底板的几何参数以及预设规则划分底板有限元网格；

从底板有限元网格向上执行预设拉伸处理，直至拉伸出电芯有限元网格，所述n类有限元网格至少包括底板有限元网格和电芯有限元网格。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述n类有限元网格还至少包括结构胶有限元网格，所述从底板有限元网格向上执行预设拉伸处理，直至拉伸出电芯的有限元网格，包括：

从底板有限元网格向上执行预设拉伸处理，以偏移出所述结构胶有限元网格；

从所述结构胶有限元网格继续向上执行预设拉伸处理，直至拉伸出电芯有限元网格。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据所述底板的几何参数以及预设规则划分底板有限元网格，包括：

在所述底板的几何模型上设置等分边界线的散点；

根据所述散点对底板的几何模型进行有限元网格划分，以得到所述底板有限元网格。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格之后，所述方法还包括：

按照有限元网格的类别，将各类有限元网格分别存储对应的有限元网格集合；

将属于同一类别的有限元网格和具有相同属性的有限元网格存入同一有限元网格集合。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池包有限元建模装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取待建模电池包的仿真数据，其中，所述仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；

分析模块，用于根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，并根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；

划分模块，用于按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，其中，n为正整数；

构建模块，用于根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行第一方面及第一方面任一实施方式所述的电池包有限元建模方法。

第四方面，本申请实施例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中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行第一方面及第一方面任一实施方式所述的电池包有限元建模方法。

本申请实施例提供了一种电池包有限元建模方法、装置、计算机设备及可读存储介质，所述方法包括：获取待建模电池包的仿真数据，其中，仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；根据预设仿真需求对第一仿真模型进行力学分析，并根据力学分析的结果对第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；按照预设拉伸处理规则对第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格；根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。本发明通过提前对仿真模型进行力学分析以及按照预设拉伸规则进行有限元建模的方式，有效提升了有限元模型的建模质量，并提升了电池包仿真计算的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提供的一种电池包有限元建模方法的方法流程示意图；

图2示出了现有技术中的一种电池包有限元建模方法的应用场景示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种电池包有限元建模方法的应用场景示意图之一；

图4示出了本申请实施例提供的一种电池包有限元建模方法的应用场景示意图之二；

图5示出了本申请实施例提供的一种电池包有限元建模方法的效果比较示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种电池包有限元建模装置的装置模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

参考图1，为本申请实施例提供的一种电池包有限元建模方法的方法流程示意图，本申请实施例提供的电池包有限元建模方法，如图1所示，包括：

步骤S101，获取待建模电池包的仿真数据，其中，所述仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；

在具体实施例中，所述待建模电池的结构可以根据实际应用场景进行自适应调整，在本实施例中，所述待建模电池包可以为采用打胶固定工艺制作的电池包。

所述第一仿真模型可以为CAD格式的3D模型图，也可以为平面模型图和与待建模电池包各零部件相关的尺寸数据。

所述预设仿真需求包括所述待建模电池包的工艺需求，以及在正常使用电池包时会遭遇的各类型的工况等实际工程问题。

具体地，所述待建模电池包的仿真数据可以由结构工程师直接输入至计算机设备，以使本实施例的电池包有限元建模装置根据所述仿真数据进行有限元建模。在本实施例中，仿真数据的具体获取方式可以根据实际应用场景进行自适应设置，此处不作限定。

步骤S102，根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，并根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；

在具体实施例中，获取待建模电池包的第一仿真模型后，需要根据用户输入的仿真需求以及电池包有限元建模装置中预定义的分析规则对所述第一仿真模型进行力学分析，以分析待建模电池包中各零部件在各种工况下的受力情况。

本实施例通过对待建模电池包的第一仿真模型进行力学分析的方式，能够更精确的模拟出各零部件之间在不同工况下的应力状态，从而提升有限元建模的建模质量。

如图2所示，在使用忽略结构胶的电池包有限元建模方案时，通常会采用点焊(spot)连接方式模拟电池包各零部件之间的连接情况，直接仿真通过刚性连接的方式连接底板与电芯之间的电池包。图2中的仿真方式，在计算零部件的受力情况时，各零部件之间通过spot传递，不符合实际工程问题。

本实施例提供的电池包有限元建模方案，在设计连接方式前还会对仿真模型进行力学分析，并简化掉不参与力学传导的零部件，从而能够更精准的得到符合实际工程问题的第二仿真模型。如图3所示，本实施例通过在零部件之间加一层网格，用于模拟焊接或解除关系，从而能够有效模拟零部件之间的力学传导关系，提升有限元建模方案的计算精度。

具体地，所述静力学强度分析用于检测待建模电池包的第一仿真模型中各零部件在常温条件下承受载荷的能力，所述承受载荷的能力包括零部件抵抗变形的能力和零部件在载荷作用下的应力分布、变形形状、屈曲模态等响应特性。

所述动力学工况仿真包括挤压、碰撞、冲击和跌落等工况仿真。

在对第一仿真放行进行力学分析步骤后，可以得到参与受力计算的关键零部件和不参与受力计算的非关键零部件。

具体地，本实施例对所述第一仿真模型进行简化处理，保留力学分析结果中的关键零部件，删除非关键零部件，从而得到更加精简的第二仿真模型。

根据所述第二仿真模型进行有限元建模，可以得到更符合实际工程问题的有限元模型。

步骤S103，按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，其中，n为正整数；

在具体实施例中，本实施例通过构建多层网格的方式构建有限元网格，对于不同零部件之间的连接关系，采用共节点的方式模拟焊接或打胶连接。

具体的，如图3和图4所示，本实施例通过进行预设拉伸处理的方式，得到多层多类有限元网格。

在实际应用过程中，不同层有限元网格的类别不同。属于同一层有限元网格使用的材料可以相同，也可以不同，可根据实际应用场景进行自适应设置。

获取待建模电池包的电芯的几何参数；

根据所述电芯的几何参数，获取底板的几何参数；

具体地，所述几何参数为零部件在空间内占据的尺寸、形状等几何特性。

在进行有限元网格划分前，需要根据待建模电池包的电芯的几何参数，划定电池包底板的几何边界，并在几何边界上设置多个散点，以便于根据散点对集合边界的边线进行划分，从而得到有限元网格。

在所述底板的几何模型上设置等分边界线的散点；

具体地，所述散点可以设置在等分几何边界的位置，以便于后续对有限元网格进行更高精度的划分。

在划分好底板的有限元网格后，根据第二仿真模型中的各关键零部件的几何参数，以底板为基础向上进行拉伸，直至拉伸得到电芯的有限元网格，最终得到完整的待建模电池包的有限元模型。

在具体实施例中，本实施例可以通过从底板向上偏移出一层3D网格的方式，得到结构胶优先网格。

具体地，所述结构胶有限元网格和电芯有限元网格的划分方式均可以参照底板网格的划分方式，此处不作赘述。

在执行拉伸处理的过程中，可以根据结构胶的几何参数和电芯的几何参数，从底板有限元网格对应的网格处开始拉伸，直至得到符合需求的结构胶有限元网格和电芯有限元网格。

需知的，本实施例也可以根据实际应用场景中第二仿真模型的具体结构设置所述预设拉伸处理的实际执行步骤，此处不作唯一限定。

具体地，如图4所示，基于拉伸处理的有限元建模方式在电芯与结构胶之间形成共节点，在结构胶和底板之间同样形成共节点，从而能够减少有限元模型中刚性连接的数量，节省计算机辅助工程(computer aided engineering，简称CAE)工程师的建模时间，提升有限元模型的建模效率。

在具体实施例中，在完成分类处理后，可以将不同类的有限元网格存储至不同的集合中，便于后续能够快速提取同类有限元网格数据。

步骤S104，根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。

在具体实施例中，在完成有限元网格的分类划分后，可以根据各关键零部件之间的装配关系，进一步细化各类有限元网格之间的连接关系。

具体地，所述连接建模方式可以根据实际应用场景中有限元网格的类型数量以及关键零部件对应的装配关系决定，此处不作限定。

参考图5，A部分为采用螺栓(bolt)连接或点焊(spot)连接方式等有限元建模方法构建的电池包有限元模型的应力分布云图，B部分为采用本实施例提供的有限元建模方法构建的电池包有限元模型的应力分布云图，其中，灰度部分用于指示应力分布。

如图5所示，采用本实施例提供的电池包有限元建模方法构建的电池包有限元模型的应力分布更加均匀，更加符合实际工程问题，能够提供更贴合实际力学传导的有限元模型，增加受力情况分析的计算精度。

综上，本实施例提供的有限元建模方法在建模过程中能够更加关注与结构胶和电芯、结构胶和底板之间的结合力，更加关注于关键零部件的受力情况，能够有效提升有限元建模方法的建模质量。且本实施例提供的建模方法无需进行复杂的刚性连接建模处理，能够加快有限元模型的建模效率，便于CAE工程师快速进行工程分析。

参考图6，为本申请实施例提供的一种电池包有限元建模装置600的装置模块示意图，本申请实施例提供的电池包有限元建模装置600，如图6所示，包括：

获取模块601，用于获取待建模电池包的仿真数据，其中，所述仿真数据包括第一仿真模型以及预设仿真需求；

分析模块602，用于根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，并根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型；

划分模块603，用于按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，其中，n为正整数；

构建模块604，用于根据各类有限元网格之间的装配关系对所有有限元网格进行连接建模，以得到电池包有限元模型。

另外，本申请实施例还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行前述方法实施例中的电池包有限元建模方法。

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中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行前述方法实施例中的电池包有限元建模方法。

另外，上述实施例中提到的电池包有限元建模装置、计算机设备及计算机可读存储介质的具体实施过程，可以参见上述方法实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也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，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明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该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该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(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电池包有限元建模方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设仿真需求对所述第一仿真模型进行力学分析，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述力学分析的结果对所述第一仿真模型进行预处理，以得到第二仿真模型，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格，包括：

获取待建模电池包的电芯的几何参数；

根据所述电芯的几何参数，获取底板的几何参数；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述n类有限元网格还至少包括结构胶有限元网格，所述从底板有限元网格向上执行预设拉伸处理，直至拉伸出电芯的有限元网格，包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述底板的几何参数以及预设规则划分底板有限元网格，包括：

在所述底板的几何模型上设置等分边界线的散点；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照预设拉伸处理规则对所述第二仿真模型的各零部件进行有限元网格划分，以得到n类有限元网格之后，所述方法还包括：

8.一种电池包有限元建模装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至7任一项所述的电池包有限元建模方法。

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中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的电池包有限元建模方法。