電池殼體的案例
設計仿真 | Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
如下圖中結構件有限元分析顯示，一個電車電池殼體分析，考慮頂層分布和底層微觀結構，即纖維分布排列情況。場景一，在不考慮纖維分布，材料各向異性的情況下，分析結構件宏觀力與位移關系，場景二分析結果顯示，施加相同位移情況下，受力低15%。同時，在下圖中也可以觀察到，結構件的失效位置也有所不同。在第一種情境分析下，失效區主要集中在T區。但當我們考慮材料的各向異性，即下圖中中間和右側的分析結果。可以看到邊緣處存在失效區域。此外，不同工藝下，由于熔接線的不同，T區的失效程度也有差異。整體來看，考慮材料的各向異性、制造工藝的影響，可以準確的分析受力邊界和失效區域。
SMC在電車電池殼體中的力學分析結構
#03「 應用價值 」
利用Digimat與工藝軟件、有限元仿真分析軟件的聯合仿真，實現了含有各向異性纖維的復合材料車身結構件的仿真分析。從材料微觀結構，制造工藝，結構件仿真全方面精確模擬不同條件下SMC車身結構件的力學性能，幫助企業優化工藝，節省材料損失，縮短研發時間，達到降本增效的目的。
展開 Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
如下圖中結構件有限元分析顯示，一個電車電池殼體分析，考慮頂層分布和底層微觀結構，即纖維分布排列情況。場景一，在不考慮纖維分布，材料各向異性的情況下，分析結構件宏觀力與位移關系，場景二分析結果顯示，施加相同位移情況下，受力低15%。同時，在下圖中也可以觀察到，結構件的失效位置也有所不同。在第一種情境分析下，失效區主要集中在T區。但當我們考慮材料的各向異性，即下圖中中間和右側的分析結果。可以看到邊緣處存在失效區域。此外，不同工藝下，由于熔接線的不同，T區的失效程度也有差異。整體來看，考慮材料的各向異性、制造工藝的影響，可以準確的分析受力邊界和失效區域。
SMC在電車電池殼體中的力學分析結構
應用價值
利用Digimat與工藝軟件、有限元仿真分析軟件的聯合仿真，實現了含有各向異性纖維的復合材料車身結構件的仿真分析。從材料微觀結構，制造工藝，結構件仿真全方面精確模擬不同條件下SMC車身結構件的力學性能，幫助企業優化工藝，節省材料損失，縮短研發時間，達到降本增效的目的。
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業、專精特新中小企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。同時，優飛迪科技也與國際和國內的主要頭部工業軟件廠商建立了戰略合作關系，能夠為客戶提供完整的產品開發平臺解決方案。
優飛迪科技技術團隊實力雄厚，主要成員均來自于國內外頂尖學府、并在相關領域有豐富的工作經驗，能為客戶提供“全心U+端到端服務”。
展開 C家精講 | 大型壓鑄件計算時間測試，一體化車身，電池包下殼體前支架，大型5G通訊件殼體
Cast-Designer 大型壓鑄件計算時間測試
一體化車身（充型凝固、應力變形）
電池包下殼體前支架
大型5G通訊件殼體
近幾年，鋪墊蓋地的大型化，一體化，薄壁化壓鑄件的面市。各大壓鑄機供應商都在不斷突破，6000噸、9000噸、萬噸+。而對于模擬軟件，被問得最多的問題之一就是計算時間。
為此，我們專門找了現階段比較具有代表性的大型壓鑄件，進行速度的測試。
基于LS-DYNA的電動汽車電池擠壓損傷仿真分析
針對電池在擠壓過程中，由于該過程為非線性分析，常用LS-DYNA進行求解，其擠壓過程建立經典動力學方程如式（1）所示：
式中：為仿真分析模型中建立的各個節點的加速度矩陣方程；為模型中建立的各個節點的速度矩陣方程；X為擠壓過程中的各個節點的位移矩陣方程；M為電池單體的質量矩陣；C為阻尼矩陣；K為電池單體的剛度矩陣方程。X
如果已知不同時刻模型的位移，給定初始速度，則根據對速度求導可得加速度，求解可得（T+ΔT）時刻系統的響應，對速度和加速度的導數采取中心差分方程進行計算可得：
將式（2）和式（3）式中求解得到的T時刻的速度和加速度代入式（1）中合并計算推導后，可以得到式（4):
其中：
通過求解式（6），即可得節點位移向量XT+ΔT矩陣方程，將節點位移向量代入物理方程，進行求解可得系統模型的單元應力和應變大小。
本次仿真分析基于常用LS-DYNA進行顯式動力學分析，通過對電池殼體進行模型建立，加載邊界條件與試驗條件保持一致。對電池單體進行仿真分析建模，如圖4所示。
圖4 電池單體擠壓仿真模型
圖5 擠壓變形結果
通過仿真分析，發現殼體的應變如圖5所示，由于殼體厚度對殼體強度具有正相關關系，但擠壓初始過程中并未到達殼體的強度極限，因此在擠壓初始階段，電池殼體受力隨著變形量的增大逐步增加。
圖6 擠壓仿真應力結果
當擠壓變形程度剛好使殼體變形量為9 mm時間，仿真分析結果如圖6所示，此時最大應力為170 MPa，殼體強度大于其強度極限要求，并且發生了塑性變形，與試驗結果保持高度一致性。
展開 
CTC和CTB背后的核心訴求
▲圖8.電池的維修策略
下圖所示，是最近上海出現的零星問題，換就OK了，最近有上海工廠的LFP和北美的NCA，都有零星的質量控制問題進行后期更換。
▲圖9.在偶發的情況下，這種設計就換電池
這個電池包的螺栓連接點確實比較多，如下所示，其實主要包括38個螺栓。
● 左右各14個螺栓，一邊7個
● 頂端包括6+6，有一塊額外的保護板
● 電池包電氣部件有4個吊掛點
● 在電池末端有8個吊掛點
▲圖10.電池系統的螺栓情況
在CTB狀態下，電池的殼體可能從現有的拼焊殼體退回到鈑金托盤，根據不同的信息渠道，后面圍繞兩個托盤有兩種路線，一種基于成本考慮做鈑金，還有就是用高壓鑄鋁來做（鋁強度是否足夠，配合內部的結構設計，是個挑戰）。
▲圖11.電池系統的殼體
小結：我們從整個結構來看，需要考慮整體空間考慮，核心競爭力已經從電池把空間給電池演變成了車輛空間給電池了，這個是目前大家的核心利益訴求。在整體布置空間維度或者Z方向維度，都是利益點。
展開 純電動汽車托底工況與動力電池防護
用直徑75mm的剛性圓球，從車底沿Z向頂起動力電池底面，如圖3。
采用準靜態加載，載荷從0逐漸增加至整車滿載質量的一半。
剛性圓球加載點選擇電池底部最薄弱或者最危險的數個位置，逐個進行考察。
圖3 底部球擊工況
托底是可能多次發生的情況，所以我們將整車刮底和車底球擊定義為整車耐久工況而不是整車安全工況。對于整車安全工況，要求電芯不受撞擊和擠壓以避免起火爆炸，但并不要求動力電池還能繼續使用，動力電池允許損壞甚至報廢。對于整車耐久工況，則要求這種工況發生多次后動力電池都能保證功能正常，且無安全隱患。
基于以上考慮，可以將整車刮底和車底球擊工況的考察指標設定如下：
加載后電池包殼體結構不破碎、無可見裂紋。
電池包殼體無明顯變形（建議加載過程中殼體最大侵入量小于4mm，加載后殼體永久變形量小于1mm）。
內部冷卻系統和管線、插接件和芯體等無損傷。
動力電池功能正常，可繼續使用。
要達到以上指標，電池包下殼體要非常強壯，通常只有厚度足夠且設計有大量加強筋的鑄造殼體才能達標。對于擠壓鋁、鋼板或者鋁板材質的下殼體，在大載荷下容易發生較大變形，要通過整車刮底和車底球擊工況考察，需考慮增加電池包防護梁和電池包底護板。
展開 電池殼成形技術研究
鎂鋁合金材質打造的電芯殼體，與圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體相比更輕，成本更低，有利于提高電芯的能量密度，而且制造成本也更低。而且方形殼體的結構可以容納更多電解液、電芯極片膨脹應力更低，電池壽命比圓柱形高2 倍以上。Pro EV500 采用了比亞迪自主研發的鎳鈷錳三元鋰電池，也就是在鈷酸鋰基礎上，經過改進，以鎳鈷錳作為電池正極材料，并合理配比鎳鈷錳的比例。在優化成本、保證安全的同時，使得電池具有容量高、熱穩定性能好、充放電壓寬等優良的電化學性能。并且有效提高電池能量密度，達到160.9Wh/kg。實現NEDC 續航里程420km，60km/h 等速續航里程500km，從而有效緩解用戶在續航里程方面的憂慮。并且得益于電池組的高能量密度，有效降低汽車的電池裝載量，從而減輕汽車的自重。
特斯拉近日發布了“無極耳”新型電池，這種電池的尺寸只有46mm×80mm，所以也被稱為“4680”電池，它將特斯拉電動汽車的電池能量密度直接提高了5 倍，同時輸出功率提高6 倍，并使特斯拉汽車的續航里程增加了16%，而電池的生產成本和投資成本分別降低56%和69%。這款電池現在已經在試點生產了。
三元鋰電池：鎳鈷錳三元鋰電池，因其使用稀土元素，價格昂貴。日本豐田2021 年展示其固態電池，相對于鋰電，其能量密度是其2 ～3 倍。
2020 年3 月29 日，比亞迪宣布，磷酸鐵鋰“刀片電池”。其抗熱失控和熱擴散性都優于三元鋰電池，安全性極好。因其外形為薄片方形而稱為：“刀片電池”。特斯拉也首選磷酸鐵鋰電池。
目前，市場上超過半數的電池采用圓柱形電池殼體(如特斯拉的電動汽車)或方形電池殼體(如豐田、三菱、本田、寶馬、大眾、奧迪、克萊斯勒、比亞迪、福特等廠商所采用的電池)。雖然圓柱形電池價格更低且商品化更成熟，但是需要復雜的電池管理系統。
展開 新能源汽車常見阻燃部件分析
相對于傳統汽車來說，新能源汽車在材料選擇上有了很大的不同，比如說：汽車連接器、電池模塊、充電樁、充電槍等，都是必須采用阻燃材料來做的，下面就一起來看看！
一、充電槍
充電槍作為電動汽車充電連接器，是連接充電樁等充電設施與電動汽車的“橋梁”，品質的好壞直接影響了充電性能及安全性。
充電槍的材料要求相對來說較高的，常見的材料有：PBT＋GF、PA＋GF、耐候PC等。
二、插頭插座
插座插頭的材料主要為PBT－GF25 FR／PBT－GF30 FR、PA66－GF25 FR／ PA66－GF30 FR和PA66－GF25 FR／PA66－GF30 FR （Free of halogen）。
三、外殼
充電樁外殼一般采用阻燃PC材料，材料特點：無鹵阻燃、表面光澤度高、優異的電絕緣性能、優異的機械性能。
四、汽車連接器
連接器材料的基本要求：耐熱阻燃！連接器接觸件是金屬，插拔次數高，要求材料具備良好的阻燃性，且耐熱，避免起火，目前連接器常用的材料有PBT、PPS、PA、PPE、PET等。
五、電池模組外殼
電池包殼體一般可以采用：鋼材、鋁合金、SMC復合材料、碳纖維增強復合材料、LGF－PP、PBT／ASA等。
塑殼由于具有較好的綜合性能，是目前動力電池殼體材料的主要發展方向，如雷天、環宇、中航鋰電、海霸、青山等公司生產的系列鋰電池均為塑料殼體。
據悉，在動力電池標準中對電池的殼體箱體提出了相應的明確的阻燃要求，而現在越來越多的企業也開始采用阻燃塑料來做動力電池。
六、電動汽車充電線
不同于傳統的電線電纜，汽車充電線因為其具有應用環境的特殊性，對材料具很高的要求。
展開 技術討論｜4680的模組設計更新
▲圖4.蜂窩狀的系統設計
從結構設計的思路來看，4680的電池包采用灌膠的設計方法，通過導熱結構膠以使得電池下殼體、電芯和上殼體，電池系統的所有零部件粘接并且固化為一體。這種設計，其實和最早之前保時捷，讓電池系統高強度的殼體的理念是一致的，既然電池被保護很好力學性能非常好，那就不用考慮特別多，把它當作結構件來簡化整個車身的設計。
注意這里都是希望把電池里面作為傳力的一部分設計來思考的。
▲圖5.保時捷Taycan的設計思路
Part 2
4680和麒麟，刀片的設計差異
隨著電池系統設計往下一個階段卷，電池系統里面傳力，甚至讓電池直接參與變成結構件的方式越來越直接。在5年前，我們的設計思路都是電池是嬌嫩的寶寶，都要用堅固的外殼不能讓它收到擠壓（擠壓實驗就是設計強外殼來承受100kN）。
而現在，內卷到一定程度，不是靠水冷板（麒麟）就是靠刀片電池殼體本身去直接承受這個力。
▲圖6.電池系統的設計理念
也就是說，我們不光能從容量、體積布置效率、機械結構和水冷等多個維度去比較這個設計理念，這種設計本身還得看電芯的迭代速度有多快。
▲圖7.水冷設計的差異
小結：我的理解，以后的電池包都不能維修，就看電芯的PPM是否能往極限制造的方式走，這個完全決定結構CTC要不要做，如果沒有可靠的電芯伙伴，連參與這場比賽的資格都沒有。要是電芯的缺陷大，整個設計就是挖了大坑讓自己跳。
展開 鋁合金動力電池包底板沖壓工藝優化
中國汽車工程學會研究編制的《節能與新能源汽車技術路線圖》將純電動汽車及動力電池技術列為了重要發展方向，動力電池發展的同時也帶動了電池包制造技術的發展。
電池包是核心能量源，為整車提供驅動電能，電池包殼體作為電池模塊的承載體，對電池模塊的安全工作和防護起著關鍵作用，需滿足強度、剛度、安全防護等各項要求。除此之外，節能環保和輕量化的發展對電池包殼體材料也提出了更多的要求，鋁合金材料具有易成形、高溫耐腐蝕、輕量化、優秀的抗老化性能等綜合性能優勢，非常適合用于輕量化電池包殼體的制造。鋁合金電池包殼體一般由型材、板材或沖壓件連接而成，本文零件即為電池包殼體的鋁合金沖壓件。
產品描述
本文零件為某電池包殼體底板零件，如圖1所示。材料為鋁合金TL091， 材料實測力學性能參數如表1 所示 ， 名義料厚4mm， 零件尺寸為1930mm×1320mm ×12mm。電池包殼體底板采用沖壓制造工藝，之后與其他型材、沖壓件通過CMT焊接方式焊接，圖2 所示為CMT 焊接工作站。由于電池包要滿足防護等級IP67 的設計要求，所以對焊接質量要求很高，相比其他型材機加工制造而言，沖壓生產的底板單品尺寸公差達成具有一定的難度。
展開 Ioniq 5拆解和對標關鍵信息
▲圖2.EMP平臺的高壓系統組件
在這里，是把中低溫的換熱器做了集成化處理，包括PT的Chiller和電池的Chiller。
▲圖3.動力總成的冷卻系統布局示意圖
下圖是座艙和車內的冷卻示意圖。
▲圖4.座艙的冷卻系統示意圖
從系統使用效率來看，這個包從體積使用效率和重量來看，確實表現比較一般，有比較大的改進空間。
單個電芯750g，電芯總重量為270kg，Pack的總重量為453kg，等于成組效率只有59.6%，從體積利用率來看不太好。
電芯是采用NMC 811對石墨的化學體系，電芯能量密度達到了282Wh/kg，但是算下來整個Pack的能量密度也就是160Wh/kg。
▲圖5.電池系統設計
Ioniq 5基本是在Taycan的基礎上做了一個小幅度的改動，整個熱管理的流道布置完全是串行的，模組的成組是采用了2個電芯，之間用膠水粘合，然后兩個電芯一組用一個泡沫墊，在側板上使用了塑料絕緣板。
和Taycan的模組相比，導熱膠=>模組底板=>電池殼體再到冷卻板的設計不一樣，這里其實采用了導熱膠直接和電池殼體下托盤接觸的設計，在下面與水冷板直接連接。
▲圖6.Ioniq5的散熱設計
Part 2 動態測試
這部分是AVL的強項，看得出花了好多的精力來對這臺車進行測試。
展開 
淺析汽車動力電池包的組成、成組技術及成組效率對比
能量密度
目前，提高動力電池包能量密度的方法不是太多，無外乎從提高單體能量密度和模組優化以及殼體的輕量化這幾個方面著手。總之，在動力電池包帶電量一定的情況下，盡量提高其成組效率。
2）輕量化設計
相對于新能源汽車的其他部件而言，動力電池包殼體對防撞、防水、防火、防塵等方面的要求尤為嚴苛。除保障、容納動力電池包外，動力電池殼體還要有效隔絕操作人員、乘客與動力電池的接觸，所以，動力電池箱體防護等級較高。因此，動力電池殼體的輕量化有一定的難度，既要保障動力電池和乘客的安全，也要切實做到輕量化。
當前，通過動力電池包的輕量化來大幅度提升能量密度已經成為行業內的主流方向，但在輕量化的設計過程中，一定要注意嚴格把控動力電池包的性能變化。輕量化設計的最主要目的是追求續航里程，減少或減掉所有多余負擔，并要與降低成本相結合。輕量化的道路很多，比如提高電芯能量密度；在細節設計中，確保強度的情況下追求結構件的輕薄（比如選更薄的材質，在板材上挖更大的孔）；用鋁材替換鈑金件，使用密度更低的新材料打造殼體等。
如果將動力電池鈑金殼體換為全鋁殼體，重量可減輕30％左右。此外碳纖維材料也被視為比較有潛力的殼體材料。碳纖維材料密度小、重量輕，抗拉強度在3400MPa以上，且耐腐蝕、耐高溫，在吸收沖擊力上也有很大的優勢，是實現電動汽車動力電池包輕量化的上佳材料。然而，由于存在技術難度等原因，碳纖維動力電池箱價格高于普通材料，普及尚需時日。隨著碳纖維生產技術的不斷成熟，以及新能源汽車的快速發展，碳纖維動力電池箱需求量也會進一步加大。
3）結構設計
在不同的動力電池包設計需求里，其體積能量密度、質量比能量密度以及體積功率密度等都會與動力電池包中單體動力電池之間連接結構與工藝相關。
展開 直播預告 | Marc在熱機耦合仿真解決方案
3月20日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
熱、熱機耦合的仿真流程
穩態、瞬態熱分析方法對流換熱和輻射的定義
接觸傳熱的定義方法
掌握在兩個常用單位制下的參數轉換
熱工藝仿真實現
電-磁-熱-結構仿真案例
感應熱焊接
熱分析邊界（溫度）
齒輪熱處理
鋰電池殼體焊接殘余應力分布
金屬多層結構的熱分析
感應熱焊接
宋金松
海克斯康非線性CAE仿真專家
從事非線性軟件Marc技術支持，具有20多年的CAE仿真工作經驗。能夠針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的技術方案支持，為客戶解決實際應用問題。
cnc大板加工哪家好
#### 三、跨行業應用案例與合作品牌
鴻鈞精密的**大板加工**服務已深度應用于多個領域：
- **新能源汽車**：為比亞迪供應電池包殼體、電機支架等部件，通過輕量化設計與高精度加工助力整車性能提升。
- **機床制造**：加工機床底板、立柱等核心結構件，配合客戶完成設備裝配調試，合作企業包括國內數控機床龍頭廠商。
- **自動化設備**：定制生產工業機器人底座、輸送線機架，滿足高負載、高精度的工況需求。
#### 四、一站式服務：從需求到交付的無憂體驗
作為**cnc機加工源頭工廠**，鴻鈞精密構建了完善的服務體系：
- **前期溝通**：工程師團隊上門對接，提供材料選型、工藝規劃建議，降低客戶試錯成本。
- **生產管控**：通過ERP系統實時監控生產進度，支持客戶在線查看加工過程，確保交期可控。
- **售后保障**：提供1年免費技術支持，針對安裝、使用中的問題提供快速解決方案，保障客戶生產順暢。
#### 結語
在**東莞市大板加工**市場中，鴻鈞精密以“13年大板機加工研發定制生產”的專業經驗，為客戶提供從設計到交付的全鏈路服務。無論是面板加工、電腦鑼加工還是機架加工，均能以源頭工廠的性價比與品質保障，滿足多樣化需求。
展開 Marc高級非線性有限元分析-高反熱機耦合仿真解決方案
3月20日 14:00 ▲ 點擊參與報名
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熱、熱機耦合的仿真流程
穩態、瞬態熱分析方法對流換熱和輻射的定義
接觸傳熱的定義方法
掌握在兩個常用單位制下的參數轉換
熱工藝仿真實現
電-磁-熱-結構仿真案例
感應熱焊接
熱分析邊界（溫度）
齒輪熱處理
鋰電池殼體焊接殘余應力分布
金屬多層結構的熱分析
感應熱焊接
直播嘉賓：
宋金松
海克斯康非線性CAE仿真專家
從事非線性軟件Marc技術支持，具有20多年的CAE仿真工作經驗。能夠針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的技術方案支持，為客戶解決實際應用問題。
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往期回顧：
●基于Abaqus的雙制動片制動盤熱力耦合分析案例講解（附模型文件）
●Abaqus仿真鉆削（Drill）熱力耦合
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