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CAE應(yīng)用解決方案專家
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學(xué)會這門技術(shù),在動力電池領(lǐng)域大有可為!

有限元: 2021-03-19 13:35:13 閱讀數(shù): 3945 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(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

在這兩大問題之中,都不乏CAE技術(shù)的用武之地:以CAE技術(shù)復(fù)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(shù)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(gè)載荷,看物體有多大變形。具體到電池包,衍生出一個(gè)工況,稱為4g強(qiáng)度。需要約束電池包所有的安裝點(diǎn),分別對電池包施加X/Y/Z三個(gè)方向的加速度,大小為4g,這個(gè)工況考察的是電池包系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(hù)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(lì)起共振現(xiàn)象,所以我們一般也會定義一個(gè)下限值,要求第一階模態(tài)不低于某個(gè)值,從而避免共振的發(fā)生,保護(hù)電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在低階激勵(lì)(如發(fā)動機(jī)怠速激勵(lì))的安全性。

3、隨機(jī)振動分析/疲勞分析

電池包有個(gè)測試試驗(yàn),叫隨機(jī)振動測試(GB31467.3-2015)。這個(gè)試驗(yàn)也就是為了測試電池系統(tǒng)在某個(gè)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(hù)電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在長期使用中被各種外在激勵(lì)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(yùn)、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(gè)擠壓的測試試驗(yàn),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(jìn)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(gè)不同的方向緩慢擠壓電池包,一般要求電池包足夠強(qiáng),當(dāng)壓頭擠壓力達(dá)到某個(gè)很大的值時(shí),電池包變形都沒有擠壓到模組,視為合格。


6、滑車試驗(yàn)

滑車實(shí)驗(yàn)是整車測試一個(gè)環(huán)節(jié),試驗(yàn)中把車放到滑軌上,使車沿幾個(gè)不同的方向快速滑動,加速度30g,檢查車輛各個(gè)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(jìn)行滑車的測試。

7、碰撞安全

當(dāng)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(jìn)而起火爆炸。所以,這個(gè)也得仿真。不過這個(gè)仿真工況,一般針對整車,進(jìn)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(qiáng),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(jī)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(yùn)輸過程中出現(xiàn)跌落時(shí)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(yùn)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(yùn)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(jìn)而引發(fā)安全事故。測試中會把障礙物簡化為一個(gè)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(yīng)或者電池包的變形。

11、電池包散熱分析

熱分析是電池設(shè)計(jì)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(jìn)行輕量化研究,以對電池系統(tǒng)進(jìn)行減重。 





深圳市有限元科技有限公司(簡稱“元王”)是一家以計(jì)算機(jī)輔助工程CAE為主業(yè),以工程仿真軟件開發(fā)為核心,集CAE仿真軟件銷售、CAE仿真咨詢、CAE培訓(xùn)、CAE軟件二次開發(fā)為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。




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專題2. 動力電池?zé)岱抡娣治?/span>
  • 掌握Flotherm軟件操作和熱仿真分析的方法;

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(實(shí)戰(zhàn)演練案例根據(jù)應(yīng)用主題制定,根據(jù)學(xué)員實(shí)際情況可能會略有調(diào)整。)


第三階段:工程實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用1個(gè)月內(nèi)指導(dǎo)答疑


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