電池箱
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
電池箱的視頻教程
基于Hypermesh、Nastran、Abaqus、LS_Dyna和Femfat的電池包仿真分析
動(dòng)力電池作為新能源車動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分,電池包作為電池的支撐載體,起到保護(hù)電池組正常工作的作用,其結(jié)構(gòu)安全性不容忽視。本套課程采用Hypermesh、Optistruct、Nastran、Abaqus、LS_Dyna和Femfat軟件對(duì)電池包系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)、強(qiáng)度、碰撞模擬、擠壓、跌落、機(jī)械沖擊、底面球擊、翻轉(zhuǎn)、振動(dòng)疲勞和隨機(jī)振動(dòng)仿真分析,模擬了電池箱在不同工況下的形變及應(yīng)力情況。
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電池箱的實(shí)例教程
摘要：針對(duì)電池箱對(duì)振動(dòng)疲勞耐久性能的要求，結(jié)合國(guó)標(biāo)中隨機(jī)振動(dòng)的加速度功率譜密度函數(shù)和材料的S-N曲線，采用Miner線性累積損傷理論和Dirlik疲勞壽命計(jì)算方法，對(duì)電池箱進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)條件下的疲勞壽命分析。
關(guān)鍵詞：電池箱；疲勞壽命;隨機(jī)振動(dòng)；nCodeDesignlife
路面不平度產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)是造成電動(dòng)汽車零部件發(fā)生疲勞破壞的主要因素[1]。電池箱對(duì)電池組起防護(hù)和保障安全的作用，其疲勞耐久性能對(duì)于保障車輛及乘員安全至關(guān)重要。
電池箱的疲勞壽命分析主要有時(shí)域和頻域方法。時(shí)域法采用經(jīng)典的雨流循環(huán)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)載荷信息，容易丟失載荷數(shù)據(jù)，計(jì)算量大，工程應(yīng)用不是很廣泛;頻域法從概率統(tǒng)計(jì)的角度統(tǒng)計(jì)載荷信息，采用功率譜密度（PSD）描述隨機(jī)振動(dòng)載荷在各個(gè)頻率成分上的統(tǒng)計(jì)特性[2]，廣泛應(yīng)用于航天、海工、汽車等領(lǐng)域。目前電池箱的疲勞壽命研究[3-5]大多致力于時(shí)域振動(dòng)和定頻振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)的疲勞壽命研究較少。本文基于頻率響應(yīng)分析研究電池箱隨機(jī)振動(dòng)的疲勞壽命，為電池箱的疲勞壽命分析提供一種高效的方法。
1 隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命分析方法
本文參照電池箱振動(dòng)測(cè)試的國(guó)標(biāo)選取加速度功率譜密度，避免建立整車模型和提取加速度載荷譜的復(fù)雜過程。
1.1 加速度功率譜密度
隨機(jī)振動(dòng)無法用確定的函數(shù)關(guān)系式表示，只能通過概率統(tǒng)計(jì)的方法表示。在頻域內(nèi)，采用功率譜密度函數(shù)表示隨機(jī)振動(dòng)在各個(gè)頻率的統(tǒng)計(jì)特性[6]。功率譜密度函數(shù)Sx(ω)為自相關(guān)函數(shù)R(τ)的傅里葉變換公式為：
GB/T 31467.3-2015[7]中規(guī)定電池箱隨機(jī)振動(dòng)的加速度功率譜密度如圖1所示。
圖1 加速度功率譜密度
1.2 疲勞壽命計(jì)算方法
Dirlik計(jì)算方法是疲勞仿真軟件nCodeDesignlife所采用的方法。
展開 電池箱對(duì)電池起到支撐和保護(hù)的作用，因此電池箱要有足夠的強(qiáng)度和剛度，來保證電池在行車過程的安全可靠性，為結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。
電動(dòng)汽車在現(xiàn)代社會(huì)中已經(jīng)成為了一種越來越受歡迎的交通工具，其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)備受人們青睞。然而，隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，電池箱的重要性也越來越被人們所關(guān)注。
電池箱是電動(dòng)汽車中最為重要的部件之一，它起到了支撐和保護(hù)電池的作用。因此，為了保證電池在行車過程中的安全可靠性，電池箱需要具備足夠的強(qiáng)度和剛度。這不僅可以保證電池的正常工作，還可以為結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。
在電池箱設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度和剛度是兩個(gè)不可忽視的因素。強(qiáng)度是指電池箱承受外部力量時(shí)的抗力能力，而剛度則是指電池箱在受到扭曲或彎曲時(shí)的抗力能力。如果電池箱的強(qiáng)度和剛度不足，就會(huì)導(dǎo)致電池在行車過程中的不穩(wěn)定，甚至可能引發(fā)安全事故。
因此，在電池箱的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的選擇和優(yōu)化。與傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)相比，電動(dòng)汽車的電池箱需要考慮到更多的因素，比如電池重量、電池排列方式等。同時(shí)，電池箱需要滿足一系列的標(biāo)準(zhǔn)和要求，比如防火性能、耐腐蝕性能等。
另外，電池箱的制造也需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。制造過程中需要注意每一個(gè)細(xì)節(jié)，以保證電池箱的質(zhì)量和性能。特別是在焊接和連接等環(huán)節(jié)，需要采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，以確保電池箱的結(jié)構(gòu)和連接牢固可靠。
電池箱對(duì)于電動(dòng)汽車的安全性和可靠性至關(guān)重要。只有通過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試，才能保證電池箱的強(qiáng)度和剛度達(dá)到要求。隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，電池箱的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也將不斷向前發(fā)展，為電動(dòng)汽車的未來發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的支撐。
訪問Simapps，在線計(jì)算電池箱模態(tài)分析仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/174973
展開 詳細(xì)請(qǐng)下載附件查看：電池箱模塊固定梁拓?fù)鋬?yōu)化分析方法
模塊固定梁優(yōu)化設(shè)計(jì).docx
附帶詳細(xì)講解視頻和案例模型
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為了讓新手能夠更好地理解和掌握這一復(fù)雜的分析過程，本教程以電池箱的撞擊作為實(shí)際案例進(jìn)行講解。通過學(xué)習(xí)本教程，您將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)到如何定義材料屬性，這是準(zhǔn)確模擬撞擊過程的基礎(chǔ)；如何進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；如何施加載荷和邊界條件，使模擬更加符合實(shí)際情況；以及最終如何求解和分析結(jié)果，從模擬數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的信息。
啟動(dòng)Ansys Workbench，選擇LS-DYNA模塊,鼠標(biāo)左鍵按住將此模塊拖拽到右邊空白操作區(qū)。如下圖所示。
上圖中項(xiàng)目A為我們已計(jì)算完成的案例，B為我們新建的項(xiàng)目，因本文檔主要演示電池包撞擊緩沖仿真操作，且在實(shí)際應(yīng)用中，模型各不相同，所以本文應(yīng)用已有模型和材料設(shè)置進(jìn)行演示，因此將項(xiàng)目A的材料左鍵按住拖至項(xiàng)目B的材料欄，將項(xiàng)目A的模型左鍵按住拖至項(xiàng)目B的模型欄，共享材料和模型設(shè)置。
雙擊項(xiàng)目B的model欄，打開軟件界面進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)置
打開模型后會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入已關(guān)聯(lián)的模型和材料設(shè)置，界面如下，
選中幾何模塊中有問號(hào)的殼體，有問號(hào)說明模型定義不完全，本項(xiàng)目中，為合理利用計(jì)算資源，設(shè)置模型為殼體，并取電池包的一半做仿真，我們需為他賦予厚度和材料定義。電池包厚度設(shè)置為2mm,撞擊體厚度設(shè)置為20mm，并為其賦予2000kg點(diǎn)質(zhì)量，材料定義為鋁合金NL。添加點(diǎn)質(zhì)量操作如下，首先選中要添加點(diǎn)質(zhì)量的幾何體，然后鼠標(biāo)右鍵Insert，選擇Point Mass，然后選中該幾何體所有外邊緣，并添加2000kg質(zhì)量。
展開 但在電動(dòng)汽車應(yīng)用中，由于為數(shù)百上千只電池串并聯(lián)，電池包內(nèi)部各電池溫度存在差異，由于加熱為電池內(nèi)部自行控制，會(huì)造成有些電池加熱時(shí)間長(zhǎng)，有些電池加熱時(shí)間短，從而加大單體電池之間荷電量的不一致性，所以對(duì)電池組內(nèi)部的溫度一致性、電池系統(tǒng)的均衡等方面提出了更高的要求。在電池組低溫貯存和車輛駐停期間，還有可能造成電池組電量完全放空甚至過放電，影響電池組性能和壽命。
1.3 其他
某些情況下，有利用低溫下電芯內(nèi)阻較高的特點(diǎn)，通過負(fù)載以小電流對(duì)電池組進(jìn)行放電的形式產(chǎn)生熱量加熱，但通常加熱效率較低，加熱時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)際應(yīng)用較少。
2 外部加熱系統(tǒng)
外部加熱方式相對(duì)比較多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有比較大的差別，但總體上應(yīng)當(dāng)滿足：
(1)成本低；(2)能效高；(3)安全可靠；(4)壽命長(zhǎng)；(5)溫度一致性好，小于5℃，最佳小于3℃；(6)與車輛設(shè)計(jì)匹配，包括與電芯結(jié)構(gòu)、電池箱結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)參數(shù)及車載充電機(jī)等參數(shù)的匹配性等。
外部加熱相對(duì)安全，容易實(shí)現(xiàn)，但能效低，加熱時(shí)間長(zhǎng)。部分外部加熱還需與電池組在高溫下的散熱、低溫下的保溫等結(jié)合起來設(shè)計(jì)。外部加熱按熱量傳導(dǎo)介質(zhì)分，主要有以下幾種方法：熱風(fēng)加熱、液體加熱、加熱板或加熱膜加熱等。
2.1 熱風(fēng)加熱
熱風(fēng)加熱有兩種方式：一是引入外部熱風(fēng)，這種方式對(duì)電池箱及管道等的密封性要求比較高，而且熱量散失比較大，能量效率直接與氣體流速、進(jìn)出風(fēng)口溫度等有關(guān)，但這種方式電池箱內(nèi)若產(chǎn)生有害氣體可以直接排出，并且可以同時(shí)作為散熱系統(tǒng)；二是在電池箱內(nèi)部熱風(fēng)循環(huán)，配合其他加熱裝置(如PTC加熱器)，加熱器通電產(chǎn)生熱量，風(fēng)扇將吹向散熱器形成熱氣流，在電池箱內(nèi)部形成熱空氣內(nèi)循環(huán)。王發(fā)成等試驗(yàn)了用空氣進(jìn)行電加熱電池組的試驗(yàn)，證明是一種有效方法，從－15℃加熱到電池表面0℃，僅用了21min。
展開 
電池箱的最新內(nèi)容
車輛交通行業(yè)：
乘用車故障診斷：采集發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、變速箱、電池（新能源汽車）、制動(dòng)系統(tǒng)等核心部件的壓力、電壓、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)部件狀態(tài)，并提前預(yù)警。
列車運(yùn)維：通過采集牽引變流系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等關(guān)鍵核心系統(tǒng)的溫度、振動(dòng)、電流等重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和健康評(píng)估，能夠?yàn)楣收咸幹锰峁┲匾罁?jù)，提升機(jī)車運(yùn)行的安全性和可靠性，延長(zhǎng)機(jī)車使用壽命。
3.
附帶詳細(xì)講解視頻和案例模型
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為了讓新手能夠更好地理解和掌握這一復(fù)雜的分析過程，本教程以電池箱的撞擊作為實(shí)際案例進(jìn)行講解。
圖1 電池包箱體框架振動(dòng)測(cè)試
國(guó)高材分析測(cè)試中心配備30kN、40kN、60kN推力振動(dòng)臺(tái)，可根據(jù)設(shè)備性能及試驗(yàn)條件及樣品作出選擇合適的設(shè)備，咨詢電話020-66221668
首先將帶電池包的電池箱框架安裝在振動(dòng)臺(tái)，再在Z 軸、Y 軸、X軸分別施加隨機(jī)振動(dòng)加速度與定頻振動(dòng)載荷，加載順序?yàn)閆 軸隨機(jī)、Z 軸定頻、Y 軸隨機(jī)、Y 軸定頻、X 軸隨機(jī)、X 軸定頻，加載時(shí)間分別為每個(gè)方向隨機(jī)振動(dòng)
、集裝箱、換電模塊、換電開關(guān)、換電吊裝機(jī)、電表、換電系統(tǒng)/平臺(tái)、視覺檢測(cè)定位系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、充電機(jī)、升降機(jī)、車輛輪胎定位裝置、BMS、托盤、換電車輛、換電：底盤、分箱、側(cè)方、頂?shù)酢⒄w單雙側(cè)、AGV換電儲(chǔ)能電站及EPC工程：電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、電源側(cè)儲(chǔ)能、發(fā)電測(cè)儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、分布式能源、智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)、家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)、通訊儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)節(jié)能用儲(chǔ)能技術(shù)、光儲(chǔ)充（換）電站等。
對(duì)于自然風(fēng)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(shè)有透氣不透水平衡閥，起到平衡內(nèi)外壓力、防爆的作用； 對(duì)于靠強(qiáng)制風(fēng)冷的電池包，除了通風(fēng)孔處，其余位置不允許發(fā)生泄露；電池箱的上下蓋必須加密封圈、電氣件接插口和進(jìn)出口風(fēng)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。
/逆變器箱）、使用樹脂材料的結(jié)構(gòu)屬性減輕重量（車身外板，外飾件，內(nèi)飾件，發(fā)動(dòng)機(jī)室部件，燃料箱元件，電器元件）、其他；
5、特殊材料結(jié)合技術(shù)：激光焊接、摩擦攪拌焊接、直接粘結(jié)、特殊材料焊接的關(guān)聯(lián)技術(shù)、超音波釬焊接、擴(kuò)散焊接、接合強(qiáng)度試驗(yàn)、設(shè)計(jì)模擬工具；
6、為減少汽車重量的其他技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)（車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底盤設(shè)計(jì)）、結(jié)構(gòu)分析工具/模擬技術(shù)等。
外置熱源型
外置熱源型熱管理方案通過在電池箱外部設(shè)置加熱器或冷卻器，采用空氣或液體進(jìn)行熱交換，再對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。該方案具有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但可能會(huì)影響電池的穩(wěn)定性。
自然對(duì)流式
自然對(duì)流式熱管理方案利用電池箱內(nèi)的空氣自然對(duì)流進(jìn)行散熱。該方案成本較低，但對(duì)環(huán)境要求較高，且可能會(huì)影響電池性能。
無人智能生產(chǎn)車間、工業(yè)4.0與5G智能工廠整體解決方案；
◆車用材料與碳中和技術(shù)；
◆輕量化基礎(chǔ)原材料及輕合金制品等；
◆輕量化材料：高強(qiáng)度鋼、輕合金材料、工程塑料及碳纖維復(fù)合材料（玻纖、玄武巖、生物基）、聚合物發(fā)泡材料、輕量化樹脂材料、零部件制造用化學(xué)品和材料等
◆輕量化核心零部件：用于汽車制造、軌道交通、海工船舶和國(guó)防軍工領(lǐng)域的全鋁車身（架）、車頭、輪轂、輪胎、鋁鎂合金鑄件、電池箱輕量化材料
2024年4月27日，德國(guó)尼爾莫爾商業(yè)區(qū)的一起鋰電池儲(chǔ)能集裝箱火災(zāi)事件引起了全球關(guān)注。這起事故不僅導(dǎo)致兩名消防員在救援過程中受傷，更暴露了儲(chǔ)能系統(tǒng)在安全領(lǐng)域亟待解決的重要問題。
根據(jù)德國(guó)消防隊(duì)的出警記錄，火災(zāi)發(fā)生在晚上9點(diǎn)前不久。消防人員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，雖然只觀察到輕微的煙霧，但打開儲(chǔ)能集裝箱的瞬間卻發(fā)生了帶有火焰閃光的爆炸。
探測(cè)裝置采用小型化設(shè)計(jì)，可安裝于儲(chǔ)能集裝箱頂部、電池架頂部或外部以及電池箱內(nèi)部。鋰電池用復(fù)合探測(cè)器能夠探測(cè)熱失控早期信號(hào)，并做出相應(yīng)邏輯判斷。
采用高靈敏度傳感器，可以在火災(zāi)發(fā)生前探測(cè)到電池箱內(nèi)的CO、氫氣H2、VOC、光電煙霧和溫度。
