電池包結構仿真的案例
7/7 Ansys在電池包結構仿真方案中的應用
簡介：
電動汽車采用鋰離子動力電池包安全性測試方法中涉及到很多項目，包括振動、機械沖擊、跌落、翻轉、模擬碰撞、擠壓、溫度沖擊等。Ansys Mechanical和Ansys LS-Dyna針對這些需求可以提供相應解決方案，本次網絡研討會將介紹包括在Ansys SpaceClaim中的模型處理，在Ansys Mechanical中的電池包模態分析，諧響應分析，在Ansys LS-Dyna中振動，沖擊跌落顯式分析，在nCode DesignLife中振動疲勞分析，詳細介紹動力電池包安全性測試要求及仿真解決方案。
時間：
2020/07/07 16:00
講師簡介：
張寅
深圳市軟信技術部結構仿真工程師。CAE專業碩士畢業，曾就職于國內知名車企，具備多年CAE仿真工作經驗，擅長Ansys結構產品線的應用，特長是Ansys Mechanical的非線性分析，振動分析，LS-Dyna碰撞分析，以及nCode Designlife疲勞分析。對新能源電池包結構仿真比較了解，服務過國內多家大型新能源電池包生產制造商。
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目前動力電池開發中面臨的問題：
? 性能(能量密度及功率密度)
? 耐用性和使用壽命(考慮在不同環境和使用周期)
? 安全性(考慮惡劣環境)
? 費用成本
? 復雜的多尺度、多物理場系統
? 快速發展的材料和設計理念
? 現有軟件工具局限性
目錄
1. 動力電池開發中面臨的問題
2. 新能源電池結構仿真類別
3. 新能源電池結構仿真解決方案
3.1 新能源動力電池整包自重分析
3.2新能源汽車動力電池模組強度分析
3.3新能源汽車動力電池單體強度分析
3.4新能源汽車動力電池pack振動性能仿真
3.5新能源電池包機械沖擊仿真
3.6 新能源汽車動力電池單體跌落仿真
3.7 新能源電池包跌落仿真
3.8 基于Mechanical的新能源動力電池整包擠壓計算
3.9 新能源動力電池包PSD隨機振動及疲勞壽命計算
4. 電池包行業結構仿真分析案例
4.1 ANSYS解決方案的特點
4.2 電池包模型，材料，與網格
4.3 電池包邊界條件和求解
4.4 電池包案例分析
4.5 結果分析
以下內容截取自該篇資料
新能源動力電池整包自重分析
輸入條件：電池包整包的3D分析模型，材料力學屬性，標準重力加速度及安裝孔固定約束。
仿真流程：
? 目的：研究電池包在自重作用下的強度。
? 載荷：標準的重力加速度。
? 邊界條件：電池底部安裝孔固定。
結果與效果：
? 電池重量大的地方位移就大，圖中右下角模組位移最大0.1mm。
展開 性能出眾，先進研發丨《ANSYS電池包行業結構仿真解決方案》現已開放領取
動力電池開發中面臨的問題
2. 新能源電池結構仿真類別
3. 新能源電池結構仿真解決方案
3.1 新能源動力電池整包自重分析
3.2新能源汽車動力電池模組強度分析
3.3新能源汽車動力電池單體強度分析
3.4新能源汽車動力電池pack振動性能仿真
3.5新能源電池包機械沖擊仿真
3.6 新能源汽車動力電池單體跌落仿真
3.7 新能源電池包跌落仿真
3.8 基于Mechanical的新能源動力電池整包擠壓計算
3.9 新能源動力電池包PSD隨機振動及疲勞壽命計算
4. 電池包行業結構仿真分析案例
4.1 ANSYS解決方案的特點
4.2 電池包模型，材料，與網格
4.3 電池包邊界條件和求解
4.4 電池包案例分析
4.4.1 模型處理
4.4.2 網格劃分
4.4.3連接設置
4.4.4 跌落求解設置
4.5 結果分析
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展開 基于Ls-Dyna的電池包密封圈壓縮仿真【11月26日直播】
電池包密封圈
電池包的設計要求具有電氣設備外殼的IP67防水防塵護等級要求，其密封設計格外重要。 對于自然風冷散熱的電池包，電池箱必須是完全密封的，在箱體或者箱蓋上設有透氣不透水平衡閥，起到平衡內外壓力、防爆的作用； 對于靠強制風冷的電池包，除了通風孔處，其余位置不允許發生泄露；電池箱的上下蓋必須加密封圈、電氣件接插口和進出口風道的位置必須加密封墊。
目前市面上的電池包中，主要有三大類密封圈。分別是橡膠類密封圈（材質主要為EPDM、SBR）、膠黏劑類（材質主要為有機硅體系）、泡棉膠帶類（材質主要為發泡硅橡膠、聚氨酯等）。
Ls-Dyna在電池包密封圈壓縮仿真中的應用
? LS-DYNA使用同一模型可以同時求解結構-熱-電等多方面的多物理場問題，在仿真過程中，可以一次性得到結構變形信息、熱信息、電流電壓及剩余載荷等信息?，可以有效地應用于電池包密封圈的壓縮仿真，提供詳細的仿真結果，幫助工程師優化設計并減少實際測試的需求。
11月26日，技術鄰優秀講師為您帶來直播：基于Ls-Dyna的電池包密封圈壓縮仿真，直播將基于Ls-Dyna介紹新能源汽車電池包密封圈壓縮仿真解決方案，報名直播還可領課程案例文件，下滑了解預約??
直播推薦
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直播主題：
基于Ls-Dyna的電池包密封圈壓縮仿真
講師介紹：
藍白情愫
6年結構仿真經驗，目前就職于某新能源大廠，擅長電池包結構仿真、流固耦合仿真。
直播內容：
針對電池包密封圈壓縮工況，基于Ls-Dyna進行仿真。
在本課程可以學到材料本構選擇、螺栓預緊力動態松弛、密封圈壓縮仿真技術問題解決方案、密封圈壓縮仿真技術路線拓展等內容。
展開 
接新能源電池包結構仿真分析
接仿真任務，主要為新能源電池包結構類:振動，沖擊，擠壓，碰撞，底部球擊，模組膨脹力等等。D寫畢設論文，有需要私聊。
電池包涉水沖擊工況密封結構仿真評估（近期推出視頻課程） ￥8.88
電池包作為新能源汽車的核心部件，在車輛行駛過程中會頻繁經歷涉水沖擊場景，因此發生水流侵入電池包內部，造成絕緣故障帶來安全隱患的風險較大。主要有兩種失效形式：1、塑料件電池包密封蓋受水沖擊發生變形甚至破裂失效；2、電池包密封結構受水沖擊滲水失效。對于上述的失效形式一，基于LSDYNA ALE算法開發了一種電池包涉水沖擊雙向流固耦合仿真方法，可用于評估電池包涉水沖擊場景中水的流動狀態及密封蓋應力狀態；對于上述的失效形式二，引入LSDYNA與STAR CCM+聯合仿真，開發了正向判定電池包密封結構滲水失效的方法。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys在電池包結構仿真方案中的應用
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電動汽車采用鋰離子動力電池包安全性測試方法中涉及到很多項目，包括振動、機械沖擊、跌落、翻轉、模擬碰撞、擠壓、溫度沖擊等。Ansys Mechanical和Ansys LS-Dyna針對這些需求可以提供相應解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
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立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術”圖片作品大賽
為紀念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術”圖片作品大賽，讓您有機會充分發揮自身超強的建模能力，開展巧奪天工的設計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設計作品，可選擇的參賽仿真設計主題有16類，涵蓋主要物理領域和新興技術。
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展開 純電動汽車電池包密封結構研究
同時吸水性較低、具有優異的壓縮應力松弛和抵抗永久變形的能力，適合作為電池包的密封材料。
合適的材料、合理的結構設計，才能使電池包的密封達到優異的狀態。
某純電動汽車電池包安裝點結構設計
因此探討適合傳動汽車電動化動力電池安裝點的結構設計方法非常重要。本文提出了 一種新型動力電池包安裝點結構設計方法，并對安裝點進行仿真結構驗證分析。
2純電動汽車電池包安裝點結構設計
2.1電池包安裝點簡化模型構建
傳統燃油車基礎電動化開發的新能源汽車， 電池包安裝點模型和受力承力架構如圖l所示。電池包安裝點采用安裝梁結構，前后貫通且前端與前艙縱梁連接形成有效、連貫的封閉的梁結構。
傳統燃油車電動化過程，電池包通常布置在乘員艙地板下部，其布置位置與側圍門檻關系如圖 2所示，門檻梁內板為1.4mm單層鋼板，結構較弱且距離電池包安裝點約有90mm距離，若承擔400Kg電池包重量，在各種工況下的受力，勢必嚴重破壞。根據電池包簡化模型構建思路，設計電池包安裝梁結構，如圖2所示。
2.2電池包安裝梁（點）結構工程設計
純電動車的動力電池巧妙的布置在車身 底板下部 ，電池包厚度高達168（前底板）1286mm（后座），電池包布置在現有車身下部，影響車輛通過性，總布置綜合評估，車身底板局部配合地方向Z正方向偏移50mm,車身安裝梁結構能確保電池包系統的防護安全。根據電池包重量分布，合理的布置10個電池包安裝點，在電池包的安裝點根據圖2所示斷面設計，進行安裝梁的工程設計如圖3所示。
電池包安裝點工程數據按照工藝焊接級次， 左右兩側各由6個級次總成和8個單件零部件構成。工程數據提交CAE分析驗證安裝點強度，對垂直(Z3.5g)、剎車(Xlg,Z-lg)、轉向(Ylg,Z-lg)、剎車＋轉向(XO.7g,YO.7g,Z-lg)四個工況進行分析，如圖4所示。
各種工況條件進行 CAE仿真分析得到如 下分析結果。
展開 電池包CFD仿真
電池包CFD仿真
某型電動汽車電池包結構安全性研究
來源：上海理工大學
0.引言
目前，針對電池箱體結構性能方面的研究主要是集中在靜態分析、動態分析等方面。電池箱的靜態分析的目的在于分析電池箱的承載能力、抗變形能力，找到設計不足之處，從而優化電池箱的薄弱位置，保障動力電池安全。動態分析主要是指模態分析、定頻振動分析、隨機振動分析等，用來分析電池箱在路面不平度激勵下，電池箱容易振動的薄弱位置，對電池箱進行抗振優化設計，提高其抗振性能。本文基于某汽車主機廠的純電動汽車電池結構項目，首先通過HyperMesh建立了電池包的有限元模型，進行了靜力學分析，結果表明在3種典型工況下，最大應力均小于屈服強度，滿足安全系數，結構未發生失效；然后，基于OptiStruct進行了電池包模態分析和隨機振動分析，確認了結構失效的最危險位置；最后進行了掃頻試驗、隨機振動試驗。試驗結果表明，該動力電池包滿足在通過不平路面引起的隨機振動下的安全性能要求。對比了掃頻試驗得到的實際模態與仿真計算得到的模態，驗證了仿真結果的可靠性。
1.電池包有限元分析模型的建立
電池包由上蓋、下箱體、模組、銅排、BDU、BMU、接插件、防爆閥、冷卻系統等部分構成。某汽車主機廠的純電動汽車電池結構的三維結構圖如圖1所示，其長×寬×高分別為1473.6mm×1190mm×146mm。電池包具體參數如表1所示。上箱體材料為SMC復合材料，密度為1.7e-9kg/m3，楊氏模量為1.0e+4MPa，泊松比為0.3。下箱體材料為Al6061-T6,密度為2.7e-9kg/m3，楊氏模量為7.0e+4MPa，泊松比為0.33。 在保證計算精度前提下，對電池包進行簡化，以HyperMesh軟件建立電池包有限元模型，以質量點的形式模擬電池、模型質量的檢查，為動力電池包的箱體和電池模組單元賦予材料屬性、約束及載荷施加以及工況的定義等。
展開 
元王仿真云案例精選丨基于Flotherm的電池包熱仿真分析
在國家節能環保的號召下，電動汽車越來越普及，廠商們在電池包的設計上下足了功夫，而電池包熱管理對性能和安全更是起著決定性的作用。
電池的熱管理是電池管理系統的重要組成部分，其主要功能是通過冷卻系統和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍。電池熱管理系統的功能主要包括：
1）電池溫度的準確測量和監控；
2）有效的散熱和降溫功能；
3）低溫條件下的快速加熱，使得電池系統處于正常運行的溫度范圍；
4）保證電池組溫度的均勻分布，降低單體電池溫度差異性。
熱管理系統設計目標是根據整車典型的運行工況和鋰離子電池的發熱功率，選擇合適的熱管理方式，基于電池的溫度特性合理設計熱管理策略，保證電池包內各個電池都工作在合理溫度范圍內，同時盡量維持電池包內各個電池及電池模組之間的溫度均勻性。
在多種條件限制下，平衡協調電池包各性能指標，尋求更優的電池包熱設計，對電池包進行熱仿真分析必不可少。
下面就為大家介紹一個強迫風冷熱仿真案例，看看該如何進行電池包熱仿真。
展開 新能源汽車動力電池包結構輕量化開發方法與實踐
本文來自華南理工大學 蘭鳳崇教授在“2018中國汽車輕量化論壇”上的報告，未經本人確認。特此說明。
來源：車訊前沿
【CFD專欄】圓柱電池包如何進行熱仿真？
圓柱電池（cylindrical cell）技術成熟，成本低，單體一致性較好，在新能源車中得到廣泛應用。最具代表性的車型，特斯拉 Model3，總共有 4416 顆 21700 型圓柱電池單體。
Model3 的電池包拆解圖
圓柱電芯單體是由多層材料組成，每個電芯在半徑方向和高度方向導熱性能差別較大。在電池包熱仿真模型中，不太可能對單個電芯進行詳細建模，通常簡化為均勻的固體，要求定義各向異性的熱屬性。如果手動來定義，那么數百個電芯都要創建各自的圓柱坐標系 (RTZ)，頗為麻煩。
圓柱電芯拆解圖
使用 SimLab 實現
圓柱電芯的熱屬性批量定義
在 Altair SimLab? 中不僅可以處理復雜的裝配體 CFD 網格，而且可以利用 Python 腳本輕松實現圓柱電芯的熱屬性批量定義。
展開 電池包仿真經驗匯總-持續完善
電池包前處理
殼單元NASTRAN模塊下采用殼單元TRIA3和QUAD4對鈑金件進行網格劃分；在ABAQUS中采用S3R和S4R對鈑金件進行網格劃分，實體單元則盡量采用C3D8R。
網格處理標準：
--------摘自王麗娟《車用動力電池包結構CAE分析優化研究》
QI值越小表示網格質量越好。 QualityIndex面板檢測網格質量，其綜合質量指標值QI＝0.01，可認為整體網格質量是最理想的。
電池包常用材料特性：
自由模態分析：
激勵范圍17HZ-25HZ，參考《QC/T 989-2014 電動汽車動力蓄電池系統通用要求》及《QC/T 413-2002汽車電氣設備基本技術條件》，電池包的第一階固有頻率應高于30HZ為佳。
電池包輕量化設計原則：
--------摘自王麗娟《車用動力電池包結構CAE分析優化研究》
正弦振動試驗常用的是正弦定頻試驗和正弦掃頻試驗。
電池包安裝固定點建議6-10個。
展開 