CN116735139B - 一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备 - Google Patents

一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备，涉及电池包碰撞测试技术领域，方法包括：根据待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型；基于对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态；基于实测碰撞姿态，对电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型；设置多种待用工况，采用优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；基于不同待用工况对应的仿真结果，确定待测电池包的碰撞安全性能。本发明提高了电池包底部碰撞评价的精度和可靠性。

Description

一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及电池包碰撞测试技术领域，特别是涉及一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备。
背景技术
随着电动汽车的普及，对电池包的安全性能要求越来越高。电池包底部是电池包结构中的重要组成部分，其受到碰撞力作用时，容易导致电池包底部结构变形进而导致包内的电芯受损，甚至引发火灾等严重后果。因此，电池包底部碰撞测试评价方法的研究变得尤为重要。
目前，电池包底部碰撞测试评价方法主要采用实验室测试和有限元仿真数值模拟两种方法。实验室测试方法具有直观性和可靠性，但是测试过程长、费用高；数值模拟方法能够快速预测电池包在碰撞过程中的动态响应和应力分布，但是模拟结果的准确性受到模型精度和材料参数等因素的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备，提高电池包底部碰撞评价的精度和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电池包底部碰撞测试评价方法，包括：
获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型；
设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态；
基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型；
设置多种待用工况，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数；
基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
可选地，所述对标工况中的工况数据包括：
待测电池包的材料参数及尺寸参数、装载所述待测电池包的台车参数、碰撞障碍物参数、装载所述待测电池包的台车的碰撞速度及碰撞高度。
可选地，所述实测碰撞姿态包括装载待测电池包的台车在与碰撞障碍物发生碰撞时，前轮跳起的姿态和后轮跳起的姿态；
基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型，具体包括：
基于所述实测碰撞姿态，分别计算前轮在Z向上的位移和后轮在Z向上的位移；
根据所述前轮在Z向上的位移和所述后轮在Z向上的位移，计算碰撞位移差；
当所述碰撞位移差处于预设阈值范围内时，对所述电池包碰撞三维仿真模型中，装载待测电池包的台车的前轮Z向自由度进行约束；经过前轮Z向自由度约束后的电池包碰撞三维仿真模型为优化后电池包碰撞三维仿真模型。
可选地，所述电池包变形参数包括电池包最大凹陷量及电池单体凹陷量；所述电池包最大凹陷量为向所述待测电池包内部凹陷的Z向最大位移；所述电池单体凹陷量为所述待测电池包内的电池单体的底面与电池包底板最高处之间的距离；
基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能，具体包括：
若所述电池包最大凹陷量大于或等于所述电池单体凹陷量，则生成第一碰撞结果；所述第一碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于危险状态；
若所述电池包最大凹陷量小于所述电池单体凹陷量，则根据所述电池包碰撞点处应力状态参数确定碰撞最大应力；
若所述碰撞最大应力未处于预设应力范围内，则生成第二碰撞结果；所述第二碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态；
若所述碰撞最大应力处于预设应力范围内，则生成第三碰撞结果；所述第三碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态。
可选地，基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能，还包括：
在生成第二碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第一气密绝缘验证结果；
若所述第一气密绝缘验证结果满足第一预设气密绝缘要求，则生成第四碰撞结果；所述第四碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性良好；
若所述第一气密绝缘验证结果未满足第一预设气密绝缘要求，则生成第五碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性不好；
在生成第三碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第二气密绝缘验证结果；
若所述第二气密绝缘验证结果满足第二预设气密绝缘要求，则生成第六碰撞结果；所述第六碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性良好；
若所述第二气密绝缘验证结果未满足第二预设气密绝缘要求，则生成第七碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性不好。
为达上述目的，本发明还提供了如下技术方案：
一种电池包底部碰撞测试评价系统，包括：
模型构建模块，用于获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型；
实测碰撞试验模块，用于设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态；
仿真模型优化模块，用于基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型；
多工况仿真模块，用于设置多种待用工况，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数；
安全性能确定模块，用于基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行电池包底部碰撞测试评价方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备，根据待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，构建电池包碰撞三维仿真模型；通过采集到的上述实际参数进行仿真模型构建，能够保证电池包碰撞三维仿真模型的精确度和可靠性。设置对标工况，进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态，然后采用实测碰撞姿态对电池包碰撞三维仿真模型进行校准，能够进一步提升电池包碰撞三维仿真模型的精确度和可靠性。采用优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，根据仿真结果确定电池包的碰撞安全性能，从而可以得到有效的电池包底部碰撞情况，为开发相应的测试系统及方法提供参考思路；且其中通过对不同待用工况进行仿真，降低了实际试验测试的成本，还能够分析贴合实际工况的不同情况下的变化趋势，并有针对性的作出合理化建议。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电池包底部碰撞测试评价方法的流程示意图；
图2为本发明中不同碰撞速度进行碰撞仿真时的接触力峰值变化趋势示意图；
图3为本发明中不同碰撞高度进行碰撞仿真时的接触力峰值变化趋势示意图；
图4为本发明中不同重量区间进行碰撞仿真时的碰撞接触力峰值变化趋势示意图；
图5为本发明一个具体仿真实例中的仿真流程示意图；
图6为本发明电池包底部碰撞测试评价系统的结构示意图。
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。
本发明提出一种电池包底部碰撞测试评价方法、系统及设备，对电池包底部结构在碰撞过程中的安全性能进行测试。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种电池包底部碰撞测试评价方法，包括：
步骤100，获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型。
一般地，通过实际测试和文献调研等方式收集待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，所述材料参数包括部件材料的应力应变曲线、强度极限、弹性模量、泊松比及密度；所述尺寸参数包括待测电池包底部各个部件的长度、宽度、高度、厚度（用于三维模型的建立）。
在SolidWorks软件内，基于所述材料参数和所述尺寸参数，建立电池包碰撞三维仿真模型，然后将所述电池包碰撞三维仿真模型导入ANSYS软件中，以进行不同待用工况下的碰撞仿真。
步骤200，设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态。其中，所述对标工况中的工况数据包括：待测电池包的材料参数及尺寸参数、装载所述待测电池包的台车参数、碰撞障碍物参数、装载所述待测电池包的台车的碰撞速度及碰撞高度。
在一个具体测试试验中，对标工况设置为：与步骤300和步骤400中进行仿真分析的仿真工况保持一致，如设置对标工况为一样的电池包模型，一样的装载电池包的台车模型，一样的固定在地面上的障碍物模型，一样的碰撞速度，一样的碰撞高度。另外，采用高清摄像捕捉试验过程中的实测碰撞姿态，所述实测碰撞姿态包括装载待测电池包的台车在与碰撞障碍物发生碰撞时，前轮跳起的姿态和后轮跳起的姿态。将所述实测碰撞姿态、加速度传感器、应变数据、侵入量等作为对标指标。
步骤300，基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型。
步骤300，具体包括：
（1）基于所述实测碰撞姿态，分别计算前轮在Z向上的位移和后轮在Z向上的位移。
（2）根据所述前轮在Z向上的位移和所述后轮在Z向上的位移，计算碰撞位移差。
（3）当所述碰撞位移差处于预设阈值范围内时，即此时前轮在Z向上的位移和后轮在Z向上的位移的变化趋势差异较大，对所述电池包碰撞三维仿真模型中，装载待测电池包的台车的前轮Z向自由度进行约束；经过前轮Z向自由度约束后的电池包碰撞三维仿真模型为优化后电池包碰撞三维仿真模型。
具体约束参数调节为：设定前轮Z向位移约束为高清摄像头捕捉到的试验台车的前轮位移曲线。前轮位移姿态校核和试验一致后，后轮姿态自然就一致了。
当所述碰撞位移差未处于预设阈值范围内时，即此时前轮在Z向上的位移和后轮在Z向上的位移的变化趋势相同，则间接证明仿真模型的有效性，无需进行校准。
步骤400，设置多种待用工况，如不同碰撞速度、不同碰撞高度、不同碰撞重量区间等，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果，分别如图2、图3及图4所示；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数。所述电池包变形参数包括电池包最大凹陷量及电池单体凹陷量；所述电池包最大凹陷量为向所述待测电池包内部凹陷的Z向最大位移；所述电池单体凹陷量为所述待测电池包内的电池单体的底面与电池包底板最高处之间的距离。如图5所示，为一个具体仿真实例中的仿真流程示意图，其中待用工况包括工况1：不同速度；工况2：不同高度；工况3：不同重量；工况4：不同角度。针对工况3，其仿真输出的计算结果存在风险，将其对应的历次仿真结果进行统计，绘制成材料AL·260厚度-应力曲线关系，基于材料AL·260的行业均值，确定对应的方案建议。
步骤500，基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
步骤500，具体包括：
（1）若所述电池包最大凹陷量大于或等于所述电池单体凹陷量，说明在电池包底部碰撞过程中，挤压到了电池单体，而电池单体受损后，可能发生内短路至热失控起火等情形，因此，若变形量对电池包内部单体造成损伤，则安全性能处于危险状态，此时生成第一碰撞结果；所述第一碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于危险状态。
（2）若所述电池包最大凹陷量小于所述电池单体凹陷量，说明结构变形量未伤及单体，只是有一定的变形量，则根据所述电池包碰撞点处应力状态参数确定碰撞最大应力。
（3）若所述碰撞最大应力未处于预设应力范围（预设应力范围是基于材料的强度极限确定的）内，表明电池包并未发生严重破裂，则生成第二碰撞结果；所述第二碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态。
在生成第二碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第一气密绝缘验证结果。
若所述第一气密绝缘验证结果满足第一预设气密绝缘要求，则证明电池包确实只是发生了一定变形，产生了一定损伤，但还处于欠安全状态，需要进行相应的维修，此时生成第四碰撞结果；所述第四碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性良好。
若所述第一气密绝缘验证结果未满足第一预设气密绝缘要求，则生成第五碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性不好。
（4）若所述碰撞最大应力处于预设应力范围内，表明结构变形量未伤及单体、肉眼几乎不可见，结合仿真结果其最大应力未超过其屈服极限（小于强度极限的一个值），说明其未发生塑性变形，此时生成第三碰撞结果；所述第三碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态。
同样地，在生成第三碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第二气密绝缘验证结果。
若所述第二气密绝缘验证结果满足第二预设气密绝缘要求，则证明电池包确实在碰撞前后的安全状态未发生明显改变，此时生成第六碰撞结果；所述第六碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性良好。
若所述第二气密绝缘验证结果未满足第二预设气密绝缘要求，则生成第七碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性不好。
综上，本发明通过试验加仿真模拟的手段，取长补短，相辅相成，通过试验手段收集实际参数和对仿真模型进行校准，可以提高电池包底部碰撞仿真模型的精度和可靠性。通过对仿真结果进行多工况模拟分析，包括碰撞过程中的不同碰撞速度、不同碰撞高度和电池包不同底部材料等等多种影响其碰撞安全性的因素进行仿真模拟，通过仿真分析后处理，可以有效分析电池包底部碰撞情况，降低了影响因素正交矩阵试验数量，大大降低了试验成本，能够更好的对电池包结构的安全性能进行测评，为结构优化设计提供依据。
实施例二
如图6所示，为了实现实施例一中的技术方案，以达到相应的功能和技术效果，本实施例还提供了一种电池包底部碰撞测试评价系统，包括：
模型构建模块101，用于获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型。
实测碰撞试验模块201，用于设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态。
仿真模型优化模块301，用于基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型。
多工况仿真模块401，用于设置多种待用工况，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数。
安全性能确定模块501，用于基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
实施例三
本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的电池包底部碰撞测试评价方法。可选地，上述电子设备可以是服务器。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的电池包底部碰撞测试评价方法。
相较于现有技术，本发明还具有如下优点：
本发明通过电池包底部碰撞仿真模型建立，结合实际试验手段，收集实际参数和进行校准，可以提高电池包底部碰撞仿真模型的精度和可靠性。此外，通过对仿真结果进行后处理，可以有效分析电池包底部碰撞情况，为电池包底部碰撞安全性能提供测评方法。
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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电池包底部碰撞测试评价方法，其特征在于，方法包括：
获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型；
设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态；所述对标工况中的工况数据包括：待测电池包的材料参数及尺寸参数、装载所述待测电池包的台车参数、碰撞障碍物参数、装载所述待测电池包的台车的碰撞速度及碰撞高度；所述实测碰撞姿态包括装载待测电池包的台车在与碰撞障碍物发生碰撞时，前轮跳起的姿态和后轮跳起的姿态；
基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型；
基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型，具体包括：基于所述实测碰撞姿态，分别计算前轮在Z向上的位移和后轮在Z向上的位移；根据所述前轮在Z向上的位移和所述后轮在Z向上的位移，计算碰撞位移差；当所述碰撞位移差处于预设阈值范围内时，对所述电池包碰撞三维仿真模型中，装载待测电池包的台车的前轮Z向自由度进行约束；经过前轮Z向自由度约束后的电池包碰撞三维仿真模型为优化后电池包碰撞三维仿真模型；
设置多种待用工况，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数；
基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
2.根据权利要求1所述的电池包底部碰撞测试评价方法，其特征在于，所述电池包变形参数包括电池包最大凹陷量及电池单体凹陷量；所述电池包最大凹陷量为向所述待测电池包内部凹陷的Z向最大位移；所述电池单体凹陷量为所述待测电池包内的电池单体的底面与电池包底板最高处之间的距离；
基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能，具体包括：
若所述电池包最大凹陷量大于或等于所述电池单体凹陷量，则生成第一碰撞结果；所述第一碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于危险状态；
若所述电池包最大凹陷量小于所述电池单体凹陷量，则根据所述电池包碰撞点处应力状态参数确定碰撞最大应力；
若所述碰撞最大应力未处于预设应力范围内，则生成第二碰撞结果；所述第二碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态；
若所述碰撞最大应力处于预设应力范围内，则生成第三碰撞结果；所述第三碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态。
3.根据权利要求2所述的电池包底部碰撞测试评价方法，其特征在于，基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能，还包括：
在生成第二碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第一气密绝缘验证结果；
若所述第一气密绝缘验证结果满足第一预设气密绝缘要求，则生成第四碰撞结果；所述第四碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性良好；
若所述第一气密绝缘验证结果未满足第一预设气密绝缘要求，则生成第五碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于欠安全状态且气密性不好；
在生成第三碰撞结果之后，对所述待测电池包进行气密性验证和绝缘性能验证，以得到第二气密绝缘验证结果；
若所述第二气密绝缘验证结果满足第二预设气密绝缘要求，则生成第六碰撞结果；所述第六碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性良好；
若所述第二气密绝缘验证结果未满足第二预设气密绝缘要求，则生成第七碰撞结果；所述第五碰撞结果用于表明所述待测电池包的安全性能处于安全状态且气密性不好。
4.根据权利要求1所述的电池包底部碰撞测试评价方法，其特征在于，所述材料参数包括部件材料的应力应变曲线、强度极限、弹性模量、泊松比及密度。
5.一种电池包底部碰撞测试评价系统，应用了权利要求1-4任一项所述的电池包底部碰撞测试评价方法，其特征在于，系统包括：
模型构建模块，用于获取待测电池包底部各个部件的材料参数及尺寸参数，并根据所述材料参数和所述尺寸参数构建电池包碰撞三维仿真模型；
实测碰撞试验模块，用于设置对标工况，并基于所述对标工况对待测电池包进行碰撞测试试验，以得到实测碰撞姿态；
仿真模型优化模块，用于基于所述实测碰撞姿态，对所述电池包碰撞三维仿真模型进行校准，以得到优化后电池包碰撞三维仿真模型；
多工况仿真模块，用于设置多种待用工况，采用所述优化后电池包碰撞三维仿真模型进行任一待用工况下的碰撞仿真，并记录仿真结果；所述仿真结果包括电池包变形参数及电池包碰撞点处应力状态参数；
安全性能确定模块，用于基于不同待用工况对应的仿真结果，确定所述待测电池包的碰撞安全性能。
6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至4中任一项所述的电池包底部碰撞测试评价方法。
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