CN117648731A - 一种防爆动力电池包的设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池结构设计技术领域，具体涉及一种防爆动力电池包的设计方法及系统。本方案的方法首先根据电池包的CAD几何模型创建出第一有限元模型，然后对第一有限元模型进行拓扑优化分析，以获取电池包框架外表面加强筋的布置方式及位置，然后再对第一有限元模型进行尺寸优化分析，以确定电池包零部件的参数，得到最优的零部件厚度尺寸，以此来设计电池包结构。通过采用本申请的上述方案，能够保证在满足防爆性能的条件下使电池包结构设计轻量化，既能降低动力电池包的制造成本，又能减轻重量、提升车辆相关性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池结构设计技术领域，具体涉及一种防爆动力电池包的设计方法及系统。
背景技术
发展新能源汽车是缓解能源压力、减轻环境污染的重要手段之一。对于新能源汽车，动力电池包是其关键的核心零部件，其性能的优劣影响着行车安全和续航里程。目前，矿用新能源汽车防爆动力电池包的体积和重量普遍较大，在电池模组及其芯体难以改变的前提下，对其框架结构进行轻量化优化设计显得尤为重要。
目前矿用防爆动力电池包的结构设计主要根据人为经验设计出来，比如外部壳体上的加强筋位置和尺寸都是人为根据经验确定的，为了满足防爆要求将电池包框架结构设计的较厚，导致电池包框架结构整体质量较大，结构设计存在较大冗余。
发明内容
本发明提供的一种防爆动力电池包的设计方法及系统，有效解决了现有技术中矿用防爆动力电池包的结构设计厚重，存在较大冗余，导致整体质量较大的问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种防爆动力电池包的设计方法，包括：
获取电池包的CAD几何模型；
根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型；
对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型；
对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果；
根据所述第二分析结果确定所述电池包的零部件尺寸设计方案。
在一种能够实现的实施方式中，所述得到第二分析结果之后，还包括：
根据所述第二分析结果对所述第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型；
对所述第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断所述第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则完成优化，否则，重新对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析。
在一种能够实现的实施方式中，所述根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型，包括：
对所述电池包的CAD几何模型进行结构材料填充；
根据结构材料填充后的CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型。
在一种能够实现的实施方式中，所述对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果，包括：
通过密度-刚度插值模型对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
所述得到第一分析结果之后，还包括：
根据所述第一分析结果确定所述电池包的壳体上加强筋结构的布置位置、尺寸、厚度和数量。
在一种能够实现的实施方式中，所述根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，包括：
对所述电池包的壳体上的加强筋结构进行设计；
根据设计后的所述加强筋结构所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建。
在一种能够实现的实施方式中，所述对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果，包括：
通过随机采样高维模型表示方法对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果。
根据第二方面，一种实施例中提供一种防爆动力电池包的设计系统，包括：
获取模块，用于获取电池包的CAD几何模型；
第一创建模块，用于根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型；
拓扑优化分析模块，用于对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
第二创建模块，用于根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型；
尺寸优化分析模块，用于对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果；
方案设计模块，用于接收用户基于第二分析结果而进行的输入操作，得到所述电池包的零部件尺寸设计方案。
在一种能够实现的实施方式中，所述系统还包括第三创建模块和校验模块；
所述第三创建模块用于根据所述第二分析结果对所述第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型；
所述校验模块用于对所述第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断所述第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则完成优化，否则，重新对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析。
在一种能够实现的实施方式中，所述第一创建模块包括：
填充单元，用于对所述电池包的CAD几何模型进行结构材料填充；
创建单元，用于根据结构材料填充后的CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。
据上述实施例的一种防爆动力电池包的设计方法/系统，首先根据电池包的CAD几何模型创建出第一有限元模型，然后对第一有限元模型进行拓扑优化分析，以获取电池包框架外表面加强筋的布置方式及位置，然后再对第一有限元模型进行尺寸优化分析，以确定电池包零部件的参数，得到最优的零部件厚度尺寸，以此来设计电池包结构。通过采用本申请的上述方案，能够保证在满足防爆性能的条件下使电池包结构设计轻量化，既能降低动力电池包的制造成本，又能减轻重量、提升车辆相关性能。
附图说明
图1为本实施例提供的一种防爆动力电池包的设计方法的流程图一；
图2为本实施例提供的防爆动力电池包的设计方法的流程图二；
图3为本实施例提供的创建第一有限元模型的流程图；
图4为本实施例提供的对第一有限元模型进行拓扑优化分析的流程图；
图5中的（a）、（b）、（c）分别为本实施例提供的不同视角的初始电池包的CAD几何模型；
图6中的（a）、（b）、（c）分别为本实施例提供的不同视角的电池包的外轮廓包络模型；
图7中的（a）、（b）、（c）分别为本实施例提供的不同视角的第一轮重建后的电池包的CAD几何模型；
图8为本实施例提供的一种防爆动力电池包的设计系统的结构示意图。
附图标记：10、获取模块；20、第一创建模块；30、拓扑优化分析模块；40、第二创建模块；50、尺寸优化分析模块；60、方案设计模块。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
由于应用矿用新能源防爆汽车的细分市场较小，相应设计矿用防爆动力电池包的商家也较少，矿用防爆动力电池包与普通乘用车动力电池包最大的区别是防爆要求，矿用防爆动力电池包要满足相关标准，要求电源防爆结构、性能和标志应满足GB3836.1~4-2010的要求，其中放置电池的隔爆腔体应能承受不小于1.5MPa 的静压试验；即动力电池包内部的电池模组在发生爆炸后电池包外部框架结构不发生永久变形，对应的试验为电池包内部腔体应能承受不小于1.5MPa的静压试验；静压试验的具体操作是在没有安装电池模组的空电池包结构内部注满水，注满水后水压加压到1.5MPa，即使电池包内表面受到1.5MPa的均布压力，保持10s后电池包不漏水且泄压后框架结构不发生永久变形即为试验通过。
而目前矿用防爆动力电池包的结构设计主要根据人为经验设计出来，比如外部壳体上的加强筋位置和尺寸都是人为根据经验确定的，为了满足防爆要求将电池包框架结构设计的较厚，导致电池包框架结构整体质量较大，影响使用性能。鉴于此，本申请提出了一种防爆动力电池包的设计方法及系统，以解决上述现有技术中存在的问题。
如图1所示，本实施例提供的提供一种防爆动力电池包的设计方法，包括如下步骤：
步骤100：通过获取模块获取电池包的CAD几何模型。如图5所示本步骤中获取的电池包的CAD几何模型为初始电池包的CAD几何模型。
步骤200：通过第一创建模块根据CAD几何模型建立电池包的第一有限元模型。具体的，根据初始的电池包的CAD几何模型建立电池包的粗化的限元模型，也即第一有限元模型。如图3所示，具体包括如下步骤：
步骤201：对电池包的CAD几何模型进行结构材料填充。
步骤202：根据结构材料填充后的CAD几何模型建立电池包的第一有限元模型。
具体的，针对图5中的（a）、图5中的（b）、图5中的（c）所示的初始电池包的几何模型创建对应的CAE有限元模型，并进行静压工况的仿真分析，根据电池包的初始结构强度仿真结果评估其减重优化设计空间。其中，静压工况是参照矿用电池包需要满足《矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求（试行）》（编号：AQYQ-AAC-2021-01）中规定的电池包内部的电池模组发生爆炸后电池包外部结构不发生永久变形，对应试验为电池包内部腔体应能承受不小于1.5MPa的静压试验要求，CAE仿真结果的评估标准为结构最大应力不超过电池包材料屈服强度1200MPa。
作为本实施例的一种具体实施方式，在创建得到第一有限元模型后，对第一有限元模型进行初始的静压工况仿真分析，根据初始的静压工况仿真分析得到原始结构的最大应力为755MPa，远小于材料屈服强度1200MPa，判断出静压工况满足强度要求且存在较大余量，因此存在较大减重优化空间可以进一步进行轻量化设计。
然后对初始电池包的CAD几何模型进行外部结构材料填充，基于电池包原结构外轮廓面包络形成如图6中的（a）、图6中的（b）、图6中的（c）所示的新的几何模型，其中内部腔体结构不变，从外部角度看，整个电池包基本简化为一个立方体。再然后，对该简化的立方体，也即外轮廓包络模型进行CAE有限元模型创建，得到第一有限元模型。
步骤300：通过拓扑优化分析模块对第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果。基于静压分析工况通过SIMP法对电池包有限元模型（即第一有限元模型）创建优化变量、优化约束和优化目标并进行拓扑优化分析，通过拓扑优化分析可以对电池包材料密度进行优化，对静压分析影响较小的单元密度降为0即删除该单元，最终通过多轮迭代形成最优的材料分布，根据最优的材料分布，可以确定哪些位置的密度较大，即需要在该位置布置加强筋。
如图4所示，具体包括如下步骤：
步骤301：通过密度-刚度插值模型对第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果。
在得到第一分析结果之后，还包括步骤302：根据第一分析结果确定电池包的壳体上加强筋结构的布置位置、尺寸、厚度和数量。
拓扑优化是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，又称为结构布局优化。以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到材料最佳的分配方案。本步骤的拓扑优化分析主要针对电池包外部四周的加强筋区域进行拓扑优化，目的是在满足静压分析的要求下寻找四周加强筋最佳的布置方式，包括尺寸、位置、数量等。因此在进行拓扑优化之前，要对电池包几何模型进行填充，将原外表面四周的加强筋结构删除，将四周空间填充满材料，填充高度至与原加强筋高度相同，形成电池包的外轮廓包络模型，相当于四周的壳体厚度增厚而没有任何加强筋，然后针对此电池包外轮廓包络CAD模型创建对应的CAE粗化有限元模型，用于后续的拓扑优化分析。
具体的，变密度法是解决连续体结构拓扑优化的一种有效方法，该方法引入一种假想的材料，材料的密度是可变的，材料参数与材料密度间的关系也是人为假定的，拓扑优化设计时取密度为设计变量，优化结果是材料的最优分布即结构的最优拓扑。本优化采用固体各向同性材料惩罚模型（SIMP：Solid IsotropicMaterial with Penalization），该模型是拓扑优化问题中常用的密度-刚度插值模型，该模型假设材料密度在单元内为常数并以此为设计变量，材料特性用单元密度的指数函数来模拟，具有简便计算，效率高的优点。
其中，拓扑优化分析的具体步骤如下：（1）定义设计域，指定优化和非优化的区域，定义优化设计约束、载荷等边界条件以及材料优化体积分数。设计域内的单元相对密度可随迭代过程变化，非设计域内的单元相对密度恒定；（2）根据设计域的有限元网格，计算优化前的单元刚度矩阵；（3）初始化单元设计变量，即给定设计域内每个单元一个初始相对密度；（4）计算各离散单元的材料特性参数，计算单元刚度矩阵，组装结构总刚度矩阵，计算节点位移；（5）计算总体结构的应变能及其灵敏度，求解拉格朗日因子；（6）应用基于SIMP加权应变能最小化的优化准则法进行设计变量迭代，包括拉格朗日因子的迭代，这时的拉格朗日因子与体积约束有关；（7）检查体积约束是否满足，若不满足则返回第6步进行迭代计算，若满足则继续；（8）经过每一单元的迭代后得到设计变量迭代值的新集合；（9）检查结果的收敛性，如未收敛则转第4步循环迭代，如收敛则继续下一步。收敛性检查可用如下方法：分别取两次邻近设计变量的最大分量，用两个分量的绝对差值作为评判标准，也可用两次邻近设计目标函数的绝对差值作为评判标准；（10）产生结构最优拓扑形式。
拓扑优化分析的优化设计域为原电池包外表面加强筋所属结构填充区域，即仅针对外面填充区域进行优化设计，优化设计变量为设计域的单元密度，优化约束为体积分数减少不小于70%，优化目标为使整体结构的静态应变能最小。通过拓扑优化分析可以对电池包设计域的单元密度进行优化设计，在满足优化目标条件下对静压分析影响较小的单元密度降为0，即删除该单元，影响较大的单元密度为1，即保留该单元；最终通过多轮迭代形成最优的单元密度分布，根据最优的单元分布，可以确定哪些位置的单元密度较大，即需要在该位置布置加强筋。
根据拓扑优化结果，可以得到单元密度较大的区域，根据这些区域的面积，同时考虑零部件的加工工艺要求，初步确定加强筋的布置位置以及加强筋的尺寸、厚度和数量等。
步骤400：第二创建模块根据第一分析结果对电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型。
其中，根据第一分析结果对电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，具体包括：对电池包的壳体上的加强筋结构进行设计；根据设计后的加强筋结构电池包的CAD几何模型进行第一轮重建。
基于拓扑优化分析结果，在满足零部件加工工艺的要求下，对新的加强筋结构进行尺寸设计，进而重构初始电池包的CAD几何模型，形成如图7中的（a）、图7中的（b）、图7中的（c）所示的新的动力电池包CAD结构几何模型。
在形成新的动力电池包CAD结构几何模型后，根据该模型创建对应的第二有限元模型，并对其进行静压工况分析校核，仿真结果的评估标准为结构最大应力不超过电池包材料屈服强度1200MPa；重构后的电池包结构的最大应力为915MPa，仍小于材料屈服强度，静压工况满足分析要求，并且存在继续减重优化的空间，因此可以进一步进行后续的轻量化设计即尺寸优化分析。另外，即使重构后的结果不满足应力要求，仍可进行后续的尺寸优化分析，通过尺寸优化分析可以获得满足应力要求下的最优结构尺寸组合方案。
步骤500：尺寸优化分析模块对第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果。具体为，通过随机采样高维模型表示方法对第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果。
将需要优化的零部件的厚度尺寸作为设计参数，结构质量至少减少20%作为优化约束，结构应力最小作为优化目标，基于随机采样高维模型表示方法（RS-HDMR）进行尺寸优化分析，在满足防爆性能即静压分析的要求下，获得零部件的最优尺寸组合方案。
作为一种具体的实施方式，根据实际零部件加工工艺和装配等要求，确定电池包的尺寸设计参数为顶板、底板、左侧板、右侧板、顶横筋、顶竖筋、侧横筋、侧竖筋、底直筋、前腔体盖板、后腔体盖板和顶部腔体盖板共12零部件的厚度，即设计变量。其中顶板、底板、左侧板、右侧板、前腔体盖板、后腔体盖板和顶部腔体盖板等7个设计参数的优化设计区间为0mm至4mm，即其厚度最少减少0mm，最多减少4mm；顶横筋、顶竖筋、侧横筋、侧竖筋和底直筋等5个设计参数的优化设计区间为-0.5mm至2mm，即其厚度可以最多增加0.5mm，最多减少2mm。
根据优化目标和约束，通过数轮优化迭代最终可以得到一个质量最小且应力满足静压分析要求的结果。
确定好所需的优化设计输入后，基于静压工况采用RS-HDMR方法进行尺寸优化分析。RS-HDMR方法是一种随机采样高维模型表示方法，一种数学模型建模方法，将复杂的高维问题通过层级结构的构造转化为一系列低维问题的求和，利用较少的样本点获得较高精度的近似模型，提高计算效率。采用RS-HDMR构建电池包结构应力的近似模型，对每个设计变量在其优化设计区间范围内进行蒙特卡罗随机采样，取点数量根据构建近似模型时是否达到预先要求的精度决定，通过建立的有限元模型数值模拟，计算获得样本点处的真实响应值。为了保证模型的近似精度，将近似模型扩展到二阶项，且拟合的多项式最高次数为二次。采用相对误差的平方这种评价指标校核构造的近似模型与真实响应函数的误差大小，通过数据分析可知采用RS-HDMR在600个训练样本点的条件下就能够反映真实模型的特性，拟合精度较高，且计算时间明显降低。基于600个样本的分析结果，可以得到满足优化目标和约束条件下的最优的设计参数组合方式。
步骤600：方案设计模块根据第二分析结果确定电池包的零部件尺寸设计方案。
根据上一步的尺寸优化分析，通过多次迭代可以得到最优的尺寸组合方案，最终优化结果为顶板减少1.5mm、底板减少2.4mm、左侧板减少2.8mm、右侧板减少2.6mm、顶横筋减少0.0mm、顶竖筋减少0.5mm、侧横筋减少0.7mm、侧竖筋增加0.2mm、底直筋减少0.0mm、前腔体盖板减少4.3mm、后腔体盖板减少3.2mm和顶部腔体盖板减少2.8mm，优化后的结构最大应力为1091MPa，小于材料屈服强度1200MPa，静压工况满足分析要求。电池包质量总计可以减少139.7kg，与原重量587kg相比，电池包结构整体重量减少23.8%。实验证明，采用本申请的方案能够保证在满足防爆性能的条件下使电池包结构设计轻量化。
电池包在没有进行过CAE优化设计，结构设计会存在较大冗余，轻量化减重的设计空间较大。因此，本申请通过CAE优化设计，能够保证在满足防爆性能的条件下使电池包结构设计轻量化，既能降低动力电池包的制造成本，又能减轻重量、提升车辆相关性能。
本实施例中，如果优化迭代的最后一步应力不满足静压工况的分析要求，可采用如下方案。如图2所示，在得到第二分析结果之后，本实施例的防爆动力电池包的设计方法还包括如下步骤：
步骤700：第三创建模块根据第二分析结果对第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型。
步骤800：通过校验模块对第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则执行步骤900，确认完成优化，否则，返回步骤500，重新对第二有限元模型进行尺寸优化分析。
基于尺寸优化分析结果，在满足零部件加工工艺及电池包结构装配的要求下，第三创建模块根据第二分析结果对第一轮重建的CAD几何模型重构，形成新的电池包CAD几何模型（也即第二轮重建的CAD几何模型），所有优化设计零部件的新尺寸均在电池包结构外表面发生厚度变化，即优化后的电池包内部腔体结构不产生体积变化，可以保证内部零件的安装空间不受影响。
基于重构后的电池包的第二轮重建的CAD几何模型，重新创建对应的CAE有限元模型（即第三限元模型），用于后续通过校验模块进行静压工况校核。
校验模块对第三限元模型进行静压工况分析，校核重构后的结构是否满足静压工况要求。经静压分析得到电池包最大应力为1139MPa，小于材料屈服强度1200MPa，因此静压工况满足分析要求，该尺寸优化方案为最终的最优组合方案，电池包拓扑/尺寸一体化优化设计结束。如果校核后的静压工况不满足防爆性能要求，即电池包结构最大应力超过了材料屈服强度1200MPa，那么则返回到步骤500，重新选择尺寸优化迭代，确定新的尺寸组合方案，直至找到满足要求的尺寸最优组合方案。
如图8所示，本实施例提供的提供一种防爆动力电池包的设计系统，包括获取模块10、第一创建模块20、拓扑优化分析模块30、第二创建模块40、尺寸优化分析模块50以及方案设计模块60。其中，获取模块10用于获取电池包的CAD几何模型；第一创建模块20用于根据CAD几何模型建立电池包的第一有限元模型；拓扑优化分析模块30用于对第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；第二创建模块40用于根据第一分析结果对电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型；尺寸优化分析模块50用于对第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果；方案设计模块60用于接收用户基于第二分析结果而进行的输入操作，得到电池包的零部件尺寸设计方案。
本实施例的防爆动力电池包的设计系统，包括获取模块10、第一创建模块20、拓扑优化分析模块30、第二创建模块40、尺寸优化分析模块50以及方案设计模块60。具体的，各模块的功能及作用在上述防爆动力电池包的设计方法的实施例中已进行详细说明，本实施例在此不做过多赘述。
本实施例的防爆动力电池包的设计系统还包括第三创建模块和校验模块；
第三创建模块用于根据第二分析结果对第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型；校验模块用于对第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则完成优化，否则，重新对第二有限元模型进行尺寸优化分析。
基于尺寸优化分析结果，在满足零部件加工工艺及电池包结构装配的要求下，第三创建模块根据第二分析结果对第一轮重建的CAD几何模型重构，形成新的电池包CAD几何模型（也即第二轮重建的CAD几何模型），所有优化设计零部件的新尺寸均在电池包结构外表面发生厚度变化，即优化后的电池包内部腔体结构不产生体积变化，可以保证内部零件的安装空间不受影响。
基于重构后的电池包的第二轮重建的CAD几何模型，重新创建对应的CAE有限元模型（即第三限元模型），用于后续通过校验模块进行静压工况校核。
校验模块对第三限元模型进行静压工况分析，校核重构后的结构是否满足静压工况要求。经静压分析得到电池包最大应力为1139MPa，小于材料屈服强度1200MPa，因此静压工况满足分析要求，该尺寸优化方案为最终的最优组合方案，电池包拓扑/尺寸一体化优化设计结束。如果校核后的静压工况不满足防爆性能要求，即电池包结构最大应力超过了材料屈服强度1200MPa，那么则重新选择尺寸优化迭代，确定新的尺寸组合方案，直至找到满足要求的尺寸最优组合方案。
作为本实施例的进一步改进，第一创建模块20包括填充单元和创建单元。填充单元用于对电池包的CAD几何模型进行结构材料填充；创建单元用于根据结构材料填充后的CAD几何模型建立电池包的第一有限元模型。
具体的，通过填充单元对初始电池包的CAD几何模型进行外部结构材料填充，基于电池包原结构外轮廓面包络形成如图6所示的新的几何模型，其中内部腔体结构不变，从外部角度看，整个电池包基本简化为一个立方体。再然后，创建单元对该简化的立方体也即外轮廓包络模型，进行CAE有限元模型创建，得到第一有限元模型。
本实施例提供的一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。鉴于上述实施例中已经对防爆动力电池包的设计方法进行了详细阐述，本实施例在此不做过多赘述。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，包括：
获取电池包的CAD几何模型；
根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型；
对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型；
对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果；
根据所述第二分析结果确定所述电池包的零部件尺寸设计方案。
2.如权利要求1所述的防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，所述得到第二分析结果之后，还包括：
根据所述第二分析结果对所述第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型；
对所述第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断所述第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则完成优化，否则，重新对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析。
3.如权利要求1所述防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，所述根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型，包括：
对所述电池包的CAD几何模型进行结构材料填充；
根据结构材料填充后的CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型。
4.如权利要求1所述防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，所述对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果，包括：
通过密度-刚度插值模型对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
所述得到第一分析结果之后，还包括：
根据所述第一分析结果确定所述电池包的壳体上加强筋结构的布置位置、尺寸、厚度和数量。
5.如权利要求4所述的防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，所述根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，包括：
对所述电池包的壳体上的加强筋结构进行设计；
根据设计后的所述加强筋结构所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建。
6.如权利要求1所述的防爆动力电池包的设计方法，其特征在于，所述对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果，包括：
通过随机采样高维模型表示方法对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果。
7.一种防爆动力电池包的设计系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电池包的CAD几何模型；
第一创建模块，用于根据所述CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型；
拓扑优化分析模块，用于对所述第一有限元模型进行拓扑优化分析，得到第一分析结果；
第二创建模块，用于根据所述第一分析结果对所述电池包的CAD几何模型进行第一轮重建，根据第一轮重建的CAD几何模型创建第二有限元模型；
尺寸优化分析模块，用于对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析，得到第二分析结果；
方案设计模块，用于接收用户基于第二分析结果而进行的输入操作，得到所述电池包的零部件尺寸设计方案。
8.如权利要求7所述的防爆动力电池包的设计系统，其特征在于，所述系统还包括第三创建模块和校验模块；
所述第三创建模块用于根据所述第二分析结果对所述第一轮重建的CAD几何模型进行第二轮重建，根据第二轮重建的CAD几何模型创建第三限元模型；
所述校验模块用于对所述第三限元模型进行静压工况分析校核，以判断所述第三限元模型中的最大结构应力是否小于材料屈服强度，若是，则完成优化，否则，重新对所述第二有限元模型进行尺寸优化分析。
9.如权利要求7所述的防爆动力电池包的设计系统，其特征在于，所述第一创建模块包括：
填充单元，用于对所述电池包的CAD几何模型进行结构材料填充；
创建单元，用于根据结构材料填充后的CAD几何模型建立所述电池包的第一有限元模型。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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