一、導讀

一提到新能源汽車，大家最為擔心的就是安全問題，圖1為某款電動汽車碰撞起火現場，圖2為某款電動汽車碰撞起火后事故現場。

圖1

圖2

雖然該車出廠之前，相關工作人員對動力電池進行了擠壓、針刺、撞擊等安全性測試，但輿論仍認為此事暴露了純電動汽車在電池安全方面仍然存在問題。

由于在純電動汽車的碰撞事故中，動力電池受到撞擊和擠壓引起變形，電池包內部其它部件在碰撞中也可能會受到擠壓和沖擊，有發生短路甚至起火爆炸的危險。因此，電動汽車在研發階段必須進行嚴格的仿真分析和實驗測試。

某新能源汽車電驅動技術主被動碰撞測試

2、動力電池PACK仿真需求

3、動力電池PACK仿真要點

1)模態分析

① 模態分析目的：動力電池pack模態分析是了解電池包箱體固有頻率，動力電池PACK受激共振可產生的大變形也可能引起電池包內部電連接的失效、短路甚至起火等影響汽車正常運行，因此須對動力電池pack進行模態分析，通過設計避免電池包與車體產生共振。

② 模態分析使用的軟件工具：動力電池pack模態分析在Hypermesh中進行前處理，然后利用Optistruct計算出固有頻率。

③ 約束模態分析邊界條件：由于動力電池pack低階模態對結構動態性能影響大，因此，動力電池pack模態分析抽取前十階固有頻率。約束托腳螺栓孔節點 X、Y、Z 方向的平動自由度和轉動自由度，如圖3所示。

圖3 動力電池pack模態分析模型

2、靜強度分析

① 靜強度分析目的：動力電池pack靜強度分析目的是了解汽車在城市中比較常見的工況：過減速帶顛簸工況、顛簸緊急制動組合工況、急顛簸急轉彎組合工況時，電池模塊晃動產生的慣性沖擊力作用于箱體內壁，電池箱體產生的應力和變形情況。

② 靜強度分析使用的軟件工具：動力電池pack靜強度分析在Hypermesh中進行前處理，然后利Optistruct求解出電池箱體產生的應力和變形結果。

③ 靜強度分析邊界條件：定義坐標系，X正向指向垂直顛簸方向，Y正向指向車輛行駛方向，Z正向車輛轉彎方向。約束電池包螺栓孔節點的X、Y、Z方向的平動自由度。如表2所示。

3、剛度分析

① 剛度分析目的：剛度分析的目的是發現動力電池pack在扭轉或者彎曲載荷作用下，電池箱體容易產生破壞的地方。

② 剛度分析使用的軟件工具：動力電池pack靜強度分析在Hypermesh中進行前處理，然后利Optistruct求解出動力電池pack在扭轉或者彎曲載荷作用下電池箱體的應力分布云圖。

③ 剛度分析邊界條件：約束電池包后左螺栓孔節點和后右螺栓孔節點的X、Y、Z方向的平動和轉動自由度，在前左安裝孔和前右安裝孔位置施加大小為 1000N、方向相反兩個集中力，如圖4所示。

圖4 動力電池pack剛度分析模型

4、擠壓分析

① 擠壓分析目的：動力電池pack擠壓分析目的是評價動力電池pack在整車碰撞過程中，電池包能夠承受擠壓的能力，確保電池包在整車碰撞工況下不會發生起火、爆炸等事故。

② 擠壓分析使用的軟件工具：動力電池pack擠壓分析在Hypermesh中進行前處理，然后用Ls-dyna求解出動力電池pack擠壓變形量。

③ 擠壓分析邊界條件：用一個半徑為75mm半圓柱體(長度大于測試對象高度，但不超過1m)，分別沿X和Y方向擠壓電池包系統，當擠壓力達到200KN或擠壓量達到擠壓方向整體尺寸的30%，如圖5所示。

圖5 動力電池pack擠壓分析模型

5、跌落分析

① 跌落分析目的：動力電池pack跌落分析目的是模擬動力電池pack在裝配過程中跌落到水泥地面上的情況，以了解動力電池pack在跌落過程中是否會出現撕裂、斷裂、影響功能與性能的塑形變形等情況。

② 跌落分析使用的軟件工具：動力電池pack擠壓分析在Hypermesh中進行前處理，然后用Ls-dyna求解出動力電池pack不同時間的等效塑性應變。

③ 擠壓分析邊界條件：根據GB/T 31467.3-2015的要求，整體模型沿豎直方向，從1m的高度處自由落體到水泥地面，如圖6所示：

圖6 動力電池pack跌落分析模型

6、沖擊分析

① 沖擊分析目的：動力電池pack沖擊分析。主要模擬電池包在整車行駛過程中遇到的沖擊載荷，確保結構在實際沖擊載荷工況下不發生撕裂、斷裂、影響功能與性能的塑形變形等情況。

② 沖擊分析使用的軟件工具：動力電池pack沖擊分析在Hypermesh中進行前處理，然后用Ls-dyna求解出動力電池pack的最大塑性應變的位置。

③ 沖擊分析邊界條件：根據GB/T 31467.3-2015的要求，約束動力電池pack螺栓孔節點X、Y、Z方向的平動自由度和轉動自由度，對電池包施加峰值25g(15ms 周期)的半正弦沖擊波形(如下圖)，Z 軸方向沖擊3次，加載曲線如圖7所示，動力電池pack沖擊模型如圖8所示：

圖7 半正弦沖擊波形

圖8 動力電池pack沖擊模型

7、模擬碰撞分析

① 模擬碰撞分析目的：動力電池pack模擬碰撞分析，主要電池包在整車碰撞過程中承受沖擊載荷的能力，確保電池包在整車碰撞工況下機械結構安全，不擠壓到電芯，不會發生起火、爆炸等事故。

② 模擬碰撞使用的軟件工具：動力電池pack模擬碰撞分析在Hypermesh中進行前處理，然后用Ls-dyna求解出動力電池pack的最大塑性應變的位置。

③ 模擬碰撞分析邊界條件：根據GB/T 31467.3-2015的要求，將電池包安裝在車架上，根據車身重量，對系統在 X 和 Y 方向同時施加如表2的加速度。

8、振動疲勞分析

① 振動疲勞分析目的：動力電池pack振動疲勞分析，主要評價電池包的隨機振動疲勞壽命，發現電池包薄弱位置并通過優化設計來確保電池包的機械壽命滿足客戶需求，如5年10萬公里。

② 振動疲勞使用的軟件工具：動力電池pack模擬碰撞分析在Hypermesh中進行前處理，然后用ncode求解出動力電池pack的最大塑性應變的位置。

③ 振動疲勞分析邊界條件：根據GB/T 31467.3-2015的要求，結合電池包在車上的實際安裝情況，施加下列邊界條件：

• 約束動力電池pack螺栓孔節點X、Y、Z方向的平動自由度和轉動自由度；
• 對電池包施加X、Y、Z向隨機振動的功率譜密度；
• 在2的基礎上進行疲勞分析。

圖9 隨機振動應力變化示意圖

以上是筆者關于《新能源汽車動力電池PACK仿真要點》總結，更多專業仿真內容請關注仿真秀官網。

作者：小石頭老師，5年的汽車行業CAE仿真分析從業經驗，車輛工程專業，碩士學歷，仿真秀科普作者

學習或工作經歷：匈牙利布達佩斯技術與經濟大學，碩士學歷；河南理工大學學士學歷，就職于某新能源汽車主機廠，分析內容涉及新能源汽車碰撞仿真分析，電池PACK分析，懸架設計與分析，懸置系統解耦分析分析，行人保護分析等。

案例：基于GBT 31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統第3部分：安全性要求與測試方法評價標準，以Hypermesh軟件作為電池PACK的前處理器，以Ls-dyna軟件，Hyperworks optistructT模塊作為PACK仿真的求解器，建立了某車型的電池PACK仿真分析模型，電池PACK模型包括模態、靜剛度、擠壓、跌落、沖擊，通過多輪的仿真優化分析，最終在滿足設計目標的前提下電池PACK實現輕量化設計。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的电池pack结构_PACK仿真电池分析新能源汽车整车碰撞的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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