電池包CAE分析的案例
學習筆記|動力電池包CAE分析案例
模態分析：現實中的系統，都是多個單一自由度系統耦合的結果，表現為一個系統具有多個不同階次的固有頻率，或者叫共振頻率。模態分析，就是解耦這個多自由度系統成為多個相互獨立的單自由度系統，并確認每個單自由度系統的模態參數。模態分析是一種參數識別技術。
模態分析通常比較關注接近載荷頻率附近的模態頻率，并且高階模態能量占比比較低，因此，關注的階次到7級就可以滿足一般應用的要求。
什么是靜態分析？
載荷與系統相對靜止的內應力分析過程，構建在載荷的作用下充分變形，達到穩定狀態。
什么是動態分析？
分析系統在載荷不同作用狀態下的不同狀態參數，關注的是系統的動力學特性。載荷是時間的函數。
什么是疲勞分析？
寬泛的疲勞，指結構在周期性應力的作用下，經歷一段時間以后，沒有明顯傷痕的情況下，突然發生失效的現象。這里的應力可以是動態應力，也可以是熱應力。
疲勞相關的幾種分類
按激勵類型的不同，振動疲勞分為拉壓振動疲勞、扭轉振動疲勞和彎曲振動疲勞。若激勵頻率與結構共振頻率重合或接近使結構產生共振而導致疲勞稱為共振疲勞；反之，稱為非共振疲勞。按照激勵頻率與結構基頻的比值大小，振動疲勞分為高頻振動疲勞和低頻振動疲勞。
疲勞分析有三個主流軟件，Ncode，fatigue和fesafe。
3電池包的CAE分析案例（模態，靜態，動態）
作者陶銀鵬在他的文章《CAE技術在電動汽車電池包設計中的應用》中，講述了動力電池包需要的CAE分析項目。
分析工作所用工具：有限元網格劃分和后期處理HyperMeshs，靜力學分析和模態分析Nastran，非線性分析Abaqus。
展開 干貨 | 動力電池包CAE分析案例
仿真結果如下：
顛簸路面同時緊急制動
顛簸路面同時急轉彎
3.4 動態分析
動態分析按照定頻分析和掃頻分析兩步進行，電池模組與電池包殼體的固定連接設置成接觸約束，使用HyperMesh進行網格劃分，并使用其中的求解器Abaqus進行約束加載和計算，最后再用HyperMesh查看結果。
定頻分析，將工況33Hz設置成振動頻率，加速度70m/s^2，根據這兩個初級輸入，計算定頻振動的振幅。使用這個定頻振動，計算上下，前后，左右三個方向的定頻分析。表格中數據單位為Mpa。設計選用材料的屈服極限為170.1Mpa。
掃頻分析，掃頻范圍17-200Hz，頻率變化按照線性規律。掃頻過程，就是尋找200Hz以下的系統共振頻率。結果，方形電池包找到了2個共振頻率：99.2Hz和177.2Hz都是在模態分析的3階頻率以上的高階頻率，兩個結果并無矛盾。
參考文獻
1 陶銀鵬，CAE技術在電動汽車電池包設計中的應用;
2 谷理想，電動汽車電池包疲勞壽命預測關鍵技術研究;
3 蘇陽，電動車電池包振動疲勞分析;
4 GB/T 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.
展開 新能源電池包隨機振動CAE分析報告GB38031-2020 ￥5
GB38031-2020
新能源電池包隨機振動CAE分析報告
1、模型介紹
2、材料參數
3、連接關系
4、約束與載荷
5、分析結果
6、結論
abaqus電池包跌落仿真分析（附CAE模型及分析流程） ￥80
前處理軟件使用 <a href="/major/abaqus">abaqus">Abaqus 2017 CAE完成網格劃分、連接關系的創建材料屬性定義 、載荷的施加和分析步的設置。
1. 連接關系
電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下：
1. 模組與兩端板之間通過長螺桿連接 ；
2. 端板與支撐之間通過螺栓連接；
3. 上下蓋之間通過螺栓連接 ；
4. 箱體與支撐板直接通過焊接連；
5. 箱體與外部承載板之間通過焊接連；
2. 設置分析步
3.接觸設置
4. 邊界條件和載荷
5. 提交計算
6.查看結果
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CAE在電池包仿真分析中的應用
新能源領域上規模的企業都做過仿真分析，不少企業都與我司有過仿真方面的合作。
1
電池包——振動仿真
分析背景：蓄電池包或系統安裝在振動臺上，振動測試在三個方向上進行，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。
判斷試驗是否通過的標準：試驗中，要求蓄電池包或系統保持連接可靠、結構完好，無外殼破裂。
蓄電池包Y軸振動過程中，內部連接區域最大應力低于所用材料屈服強度（SPCC/166Mpa），連接可靠。
振動測試功率譜密度（PSD）值和頻率
2
電池包——沖擊仿真
蓄電池包或系統無電泄露、外殼破裂、著火或爆炸現象。
3
電池包——翻轉仿真
試驗中，要求蓄電池包或系統無外殼破裂，連接可靠、結構完好。
試驗裝置
4
電池包——跌落仿真
蓄電池包或系統以實際維修或者安裝過程中最可能跌落的方向，若無法確定最可能跌落的方向，則沿Z軸方向，從1m的高度處自由跌落到水泥地面上。
蓄電池包或系統無電解液泄露、著火或爆炸現象。
展開 abaqus電池包熱力耦合分析（附CAE模型及分析流程） ￥88
這里由于單個電池芯模型一致， 因此為減小前處理工作量， 在 Abaqus 中對單個電芯進行陣列處理，后期只需要分析修改單個電芯模型， 整個裝配體所有電芯模 型自動更新。
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abaqus電池包沖擊仿真分析（附CAE模型及分析流程） ￥80
電池 組的沖擊 分析
一、 引言
電池系統是新能源汽車的心臟，而沖擊特性對基本、安 全性、可靠與耐久具有重要影響，且合理的限元仿真分析利于提高電池 系統的性能，實現輕量化。
要評估一個 電池 受到沖擊 時的響應，需要結合實驗測試和分析模擬。與物理 實驗相比，模擬有著明顯的優勢：提供重復結果和型上任意點信息（應力、 應變、加速度等），成本低，在設計過程中任意階段都可以進行模擬。 <a href="/major/abaqus">Abaqus /Explicit已經被廣泛應用于 研究電池產品經受沖擊載荷的特性。
二、 問題描述
在本 文中涉及的分析是一個 電池在某一方向自由落體，不傾斜搖晃 的沖 擊 模擬。該分析主要研究電池構件在沖擊 模擬。該分析主要研究電池構件在沖過程中 焊接處 可能出現的故障。 分析模 擬了一個 6 毫秒的的 沖擊 過程。為了減少這次分析的運算時間 ，使用了質量縮放 使用了質量縮放 技術 。利用質量縮放，求解過程中 ，ABAQUS在不連續的時間點自動進行 質量縮放 ，來保證用戶指定的最小時間增量。
三、 有限元模型 有限元模型
電池 組的模型包括 鋁殼 ，鎳片 ，銅鎳片 ，銅，電池上支架 電池上支架 ，電池下支架 ，電池 和電 池膠蓋 。整個裝配體模型共使用 34 萬個節點與 14 萬個單元， 鋁殼 和鎳片 省略焊 點圓孔， 銅片 使用 S4R 和 S3殼單元，電池包的上蓋和下使用 C3D10M 二階四 面體單元。
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展開 元王二次開發丨新能源汽車電池包CAE有限元仿真分析
是續航能力，是電池！
節能環保的理念深入人心，國家大力推行，新能源汽車已是大勢所趨，新能源汽車各方面技術已經漸漸趨于成熟，但是電池技術還有待突破，電池設計的進展就是新能源汽車進步的核心，所以新能源汽車電池包的設計開發是重中之重！
如今很多廠商已經采用仿真軟件實現設計過程中的模擬測試，但是效率可能并未有質的飛躍，如何快速將仿真效率提升50%以上，不妨試試元王電池包自動化CAE平臺！
電池包自動化CAE平臺就是元王針對電池包產品定制化二次開發的CAE仿真平臺。不可否認，原有仿真軟件功能強大，通用性強，但大家都是這么用，仿真效率卻很難再有突破。而元王不改變現有仿真軟件系統內核，針對電池包進行定制化修改和功能擴展。“針對性”“定制化”就是效率升級的關鍵。
元王電池包自動化CAE平臺，經企業實際應用，前處理建模時間平均縮短50%，后處理周期平均縮短70%，那元王電池包二次開發仿真軟件到底是如何實現效率提升的呢？
1. 前處理界面流程化導航
2. 網格自動劃分及質量調整
3.
展開 (干貨）新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
電芯導熱界面設置
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡化模型繪制的，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時溫度分布圖
電池放電一小時溫度分布圖
仿真結論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
展開 新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應用范圍不斷加大，對電池包散熱系統方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗電池包的散熱性能，為電池箱的設計提供理論依據。
目前，市場上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個電池包熱仿真實例，帶您快速了解電池散熱系統仿真分析。
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡化模型繪制的，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
單節電池的發熱量按照電流1A和內阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
分析方案：
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時溫度分布圖1：
電池放電一小時溫度分布圖2：
仿真結論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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展開 abaqus電池包擠壓分析（附模型及分析流程） ￥46
1 問題設定 新能源汽車電池包擠壓分析的目的是采用 FEA 方法檢驗電池包是否可以滿足國標對電 池包擠壓性能的要求，包括電池包在擠壓過程中的結構變形、應力以及整體剛度等指標。
本 案例是利用 Abaqus2017 來建模以及求解。 電池包構件 電池包擠壓幾何模型（上下灰色的平板為剛體擠壓板）
部件的網格類型
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abaqus電池包隨機振動疲勞分析（附模型及分析流程） ￥88
本例展示基于功率譜密度曲線（PSD）的電池組疲勞分析，即針對隨機振動的疲勞壽命 分析。
1 問題設定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。該電池組的兩端共有 6 個端點，分別受 到垂直于電池組平面的激勵作用，且激勵的加速度功率譜密度曲線（ASD）相同。 由于在隨機振動基于線性動力學原理，因此電池，PC 材料等采用實體建模，其他鈑金 采用殼單元建模， 設定相關的 fastener 點焊單元，coupling 耦合單元和 tie 約束，建立零件 和零件之間相應的連接關系。
兩端所對應的 PSD 譜線如下圖。請注意該曲線的頻率截斷在 200Hz 處。
2 分析過程 一般來說，針對隨機振動的疲勞分析包含兩大步。第一步是在 Abaqus 中完成固有模態 和掃頻兩個計算；第二步是把這兩個計算結果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運行若干設置 后完成疲勞分析，得到相關結果。
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展開 手把手教-電池包Icepak分析（附模型及分析流程） ￥80
電池包Icepak分析流程
1 前處理
前處理主要是將對熱分析過程不重要的零部件或特征進行刪減或簡化、材料屬性、網格劃分等。
1.1 幾何簡化
一般需要對幾何體進行以下處理：
a) 去除倒角及倒圓角；
b) 刪除電池包內各類緊固件、箱體加強筋并填充所有的螺紋孔、零部件安裝孔；
c) 去除小錯位或小間隙（一般＜0.5mm，也可在后續的網格gap中設置消除）；
d) 對不規則孔采用等效方孔或圓孔代替，后續轉化為Icepak可識別的opening對象；
e) 對于薄板（一般＜2mm），如箱體，采用面（surface）替代，后續轉化為Icepak可識別的Plate對象；
等特征盡量采用Icepak的1級或2級轉化，如方形電芯、圓柱形電芯均可通過一級轉化為Block對象。如果需要保留結構復雜的CAD體，則可選擇3級CAD體轉化，不過三級轉化會在網格劃分過程中產生大量網格，影響求解效率。
1.2 導出為Icepak文件
將幾何對象全部轉化為Icepak可識別的對象后，另存為Icepak文件。在文件夾中可得到一個model文件，該文件包含了所有的幾何模型信息。新建一個文件夾并重新命名，將model文件放入該文件夾中即為一個Icepak項目。
1.3 材料屬性及邊界條件
1.3.1material進行材料的建立。
1.3.2風扇設置
1.3.3格柵設置
1.4 網格劃分
2 求解設置
監控點設置
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展開 Starccm+ 電池包熱仿真分析（附模型及分析流程） ￥85
<p>1 分析流程</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png" title="1.png" alt="1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png">
</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>2 案例分析</p><p>2.1 3D模型前處理</p><p>關鍵點：不能存在重復面、干涉以及單獨面。
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四、如何將時域隨機振動曲線轉換得到功率譜密度曲線
五、 隨機振動分析理論
附.常見功率譜密度曲線給出形式
附.以dB/oct形式給出的功率譜密度曲線如何計算
附.國標中定義的PSD譜總均方根加速度值是如何計算的？
六. 隨機振動分析案例-abaqus
第一步：計算結構模態，輸出位移和應力。
第二步：隨機振動分析
2.1 定義輸出頻率上下限和模態阻尼
2.2 定義PSD載荷及加載
2.3 定義輸出
2.4 隨機振動計算頭文件設置
2.5 隨機振動分析結果
2.6 隨機振動σ應力結果評價
