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CAE應用解決方案專家
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學會這門技術,在動力電池領域大有可為!

有限元: 2021-03-19 13:35:13 閱讀數(shù): 4543 分享到:

汽車行業(yè)的“新四化”是指:電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化。而電動化之中,電池的安全問題及續(xù)航問題成為制約電動化技術發(fā)展的關鍵瓶頸。

在這兩大問題之中,都不乏CAE技術的用武之地:以CAE技術復現(xiàn)電池使用中的各種極端場景,提前采取措施保證電池的使用安全;然后在保證安全的前提下,以輕量化手段優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)提升電動汽車的續(xù)航能力。



那我們就一起來探討一下電池開發(fā)過程中,具體有哪些問題是需要CAE技術來解決的。

1、靜剛度分析

靜剛度分析是CAE分析的一大分支,大致原理就是對物體施加一個載荷,看物體有多大變形。具體到電池包,衍生出一個工況,稱為4g強度。需要約束電池包所有的安裝點,分別對電池包施加X/Y/Z三個方向的加速度,大小為4g,這個工況考察的是電池包系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)強弱,因此結(jié)果也是要求,電池包在這種情況下不能出現(xiàn)零件斷裂,保護電池包系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在車輛在失重狀態(tài)下的安全性。


2、動剛度分析

動剛度分析也稱模態(tài)分析,這是一般結(jié)構(gòu)分析的基本工況。用來考察電池包的本身結(jié)構(gòu)特性-共振頻率,要求電池系統(tǒng)不能輕易的被激勵起共振現(xiàn)象,所以我們一般也會定義一個下限值,要求第一階模態(tài)不低于某個值,從而避免共振的發(fā)生,保護電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在低階激勵(如發(fā)動機怠速激勵)的安全性。

3、隨機振動分析/疲勞分析

電池包有個測試試驗,叫隨機振動測試(GB31467.3-2015)。這個試驗也就是為了測試電池系統(tǒng)在某個功率譜密度的測試中是否會出現(xiàn)累積損傷,也是為了保護電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在長期使用中被各種外在激勵蹂躪后的安全性。

4、上蓋承重剛度分析

也稱為抗壓分析。電池包安裝在車底或者后備箱下面,電池包在生產(chǎn)、搬運、安裝、使用過程中,總是不可避免地會受到外在擠壓,尤其是上蓋。而上蓋和內(nèi)部的模組之間的距離一般較小,為了防止上蓋受外力變形擠壓到模組,必須保證上蓋的剛度足夠大,以此保證模組不受“侵犯”。


5、靜態(tài)擠壓分析

電池包有一個擠壓的測試試驗,考量的是車輛這激烈碰撞中,障礙物侵入到電池包內(nèi)部,是否會引起電池包大變形,進而使得電池起火發(fā)生爆炸。測試中用的壓頭(半徑75mm,長度1000mm)沿著幾個不同的方向緩慢擠壓電池包,一般要求電池包足夠強,當壓頭擠壓力達到某個很大的值時,電池包變形都沒有擠壓到模組,視為合格。


6、滑車試驗

滑車實驗是整車測試一個環(huán)節(jié),試驗中把車放到滑軌上,使車沿幾個不同的方向快速滑動,加速度30g,檢查車輛各個部件的損壞情況。這其中就包含電池系統(tǒng)。脫落什么的就不提了,肯定不可以出現(xiàn)。電池包上出現(xiàn)裂紋都不被允許。出現(xiàn)裂紋就意味著結(jié)構(gòu)還不夠穩(wěn)定,容易失控,失控就是斷裂,大變形,起火,爆炸。。。。所以,一般針對電池包本身,也會進行滑車的測試。

7、碰撞安全

當車輛側(cè)面被其他車撞到,或者自己不小心別到樹樁什么的,也有可能引起電池包的變形,進而起火爆炸。所以,這個也得仿真。不過這個仿真工況,一般針對整車,進行側(cè)碰和柱碰測試。所以出了問題也不一定是電池包不夠強,也有可能是車身結(jié)構(gòu)的不夠好,具體怎么優(yōu)化,還得看車企怎么取舍。




8、電池包跌落

跌落分析不是新鮮事了,手機可以分析跌落,車門可以,電池包也自然可以。模擬的也就是電池包在生產(chǎn)運輸過程中出現(xiàn)跌落時受到的傷害。視跌落的情形不同,要求也是不同的,重度跌落不允許開裂,輕度跌落不允許產(chǎn)生大變形等。



9、電池包翻轉(zhuǎn)

翻轉(zhuǎn)也是發(fā)生在生產(chǎn)運輸中的,電池包由于自身重量和翻轉(zhuǎn)速度,也是容易使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的,模擬一般是為了規(guī)定在運輸中的操作規(guī)范。



10、底部球擊

電池包是安裝在車底的,車輛在行駛過程中,可能會被車底的石頭之類的東西打到或者擠到,使得電池包產(chǎn)生變形,進而引發(fā)安全事故。測試中會把障礙物簡化為一個圓頭的柱子,使其擠壓經(jīng)過電池包底部,測試電池系統(tǒng)的反應或者電池包的變形。

11、電池包散熱分析

熱分析是電池設計中非常重要的一環(huán)。熱散不出去也是非常容易引起電池起火的。



不管是測試還是仿真,都是在考量汽車電池在各種使用場景下,電池系統(tǒng)的安全特性。盡管類目非常多,要求非常高,但兢兢業(yè)業(yè)的工程師們前赴后繼投入其中,解決完所有問題后,還要繼續(xù)進行輕量化研究,以對電池系統(tǒng)進行減重。 





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