纯电动汽车电池包支架性能分析及优化蓄电池支架 _小知识

文章来源：河南德力新能源汽车有限公司
关键字：电池包支架；有限元；强度；轻量化
前言
电动车采用动力电池作为驱动源，作为整车动力源的电池包在纯电动汽车研发中十分重要。电池包通过电池包支架固定于车身或车架上，为应对复杂的路面工况，电池包及其固定结构需具备优良的性能。车型研发前期，由于没有样车进行性能控制，使用有限元仿真方法对数字样车进行仿真分析，是目前研发过程中十分重要的一环。结合前期分析经验，通过对仿真数据的控制，可减少后期的试验成本。本文对电池包模态进行分析优化，提高电池包的固有频率，可有效避免行驶中的电池包振动风险；对电池包结构强度性能进行控制，避免恶劣工况下的电池包及其支架的强度失效问题。
1 模型处理
1.1 有限元建模
根据 CATIA 数据进行有限元网格离散，对电池包及车架分别进行建模。电池模组使用空心铝块进行模拟，按照数模连接方式对有限元模型进行连接，电池包模型与车架模型如图 1 和图 2 所示。

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图 1 电池包有限元模型

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图 2 车架有限元模型
电池包仿真分析只考察电池包区域，故为减少计算量，截取部分车架模型与电池包模型装配在一起，如图 3 所示。

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图 3 装配模型
模态分析模型与强度分析模型有一定差别，两者模型不通用。
1.2 模态计算模型
模态计算模型边界条件为约束车架截断区域全部自由度，计算电池包约束模态。
1.3 强度计算模型
约束车架截断处全部自由度，加载材料的应力应变曲线，电池包框架结构材料为 HC550LA，车架侧电池包安装支架材料为 Q345L，车架材料为A510L 。整车在行驶过程中，由于路面状况的差异会产生不同的行驶工况，从而造成电池包的载荷条件随之变化。在整车行驶工况中，组合工况、侧向冲击、过坑工况、倒车上台阶以及垂直冲击等工况较为常见。加载工况：①垂向冲击，②制动工况，③转弯工况，④加速工况，各工况的加速度数值如表 1 所示。

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2 模型分析
2.1 基本模态分析理论
模态分析是将线性定常系统的耦合物理坐标转换成非耦合的模态坐标，使方程解耦，得到一组用模态坐标和模态参数来表述的独立方程，并求出模态参数。然后，用坐标变换，使模态坐标下的解转回物理坐标的解。对一个 N 自由度的线性定常系统
建立物理方程组，表达为
式中
M——质量矩阵；
C——阻尼矩阵；
K——刚度矩阵。
经过转换后相应点的位移，对激励点 p 的激励力的频响函数为
从上面的模态理论分析可知，任何点的响应都是该点各阶模态响应的叠加；对于某阶模态，对应地有模态频率和模态阵型。
2.2 模态分析结果
模态目标值为不低于 25Hz，分析结果显示一阶横摆模态结果与前后振动模态结果不满足设计要求。分析结果如表 2 和图 4 所示。

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2.3 强度分析结果
把电池包支架强度分析结果分成两部分进行评价：第一部分为各工况下电池包横梁、安装竖梁与主纵梁强度分析结果；第二部分为电池包本体结构强度分析结果；各部分在各个工况下最大应力如表 3、表 4 所示。电池包本体结构一模组支撑件最大应力为 500.05 Mpa，材料为HC550LA，屈服强度为 550MPa，不满足 1.2 的安全系数，存在断裂风险，需优化；最大应力区域如图 5 所示。

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3 模型优化
优化方案一：电池包由原先的四点安装，增加一前安装点，变为左 2、右 2、前 1 五点安装；在电池包前部安装横梁区域增加一安装支架，如图6、图7所示。

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电池包前安装支架如图 7 所示，该支架与电池包焊接在一起，然后与车架梁螺栓连接。优化方案二：电池包本体结构一模组支撑件由原来的片体结构改为几字形结构(增加其与地板的连接)，如图8所示。

纯电动汽车电池包支架性能分析及优化 蓄电池支架

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