新能源汽車電池包的案例
【iSolver案例分享58】新能源汽車電池包底座模態分析
【iSolver案例分享58】新能源汽車電池包底座模態分析
1.引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構有限元軟件，對標Nastran、Ansys、Abaqus設計和實現，具備結構有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎算法組件，精度和Abaqus一致。本文以新能源汽車電池包底座模態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2.模型背景：
此案例為新能源汽車電池包底座的模態分析，由于汽車在使用過程中會受到路面的隨機振動激勵，對于電池包底座來說，設計初期就應該避免各階模態與路面激勵過于相近的問題，所以需要對其進行模態分析。分析對象為不規則二維實體帶加筋板結構。為保證最大限度將模型劃分為四邊形網格，需要將模型進行適當切分再用殼單元進行離散進行有限元模型建立，其中，電池包底座殼單元厚度為6mm，加筋板厚度為4mm。該結構選用的單位制為SI(mm)制，結構材料為6063鋁，其彈性模量為70e3MPa，泊松比為0.33，密度為2.7e-9tonne/mm3。
3.建模：
有限元模型如下：
為了保證模型的求解精度，整體結構盡可能采用結構化網格劃分，殼單元95%以上均為四邊形單元。模型共劃分為108638個單元。
展開 新能源汽車試驗T型槽平臺：電池包碰撞與電機耐久測試專用方案
在新能源汽車研發與質檢領域，電池包碰撞測試與電機耐久測試是評估核心部件安全性與可靠性的關鍵環節。新能源汽車試驗T型槽平臺作為測試的核心基準載
新能源汽車試驗T型槽平臺：電池包碰撞與電機耐久測試專用方案
在新能源汽車研發與質檢領域，電池包碰撞測試與電機耐久測試是評估核心部件安全性與可靠性的關鍵環節。新能源汽車試驗T型槽平臺作為測試的核心基準載體，其結構設計與性能參數直接決定測試數據的性與測試過程的安全性。本文結合新能源汽車試驗平臺、電池包測試專用T型槽、電機耐久試驗基準臺等高頻關鍵詞，針對性解析適配電池包碰撞與電機耐久測試的專用方案，為新能源汽車核心部件測試提供實操支撐。
一、專用平臺核心性能要求：適配新能源測試嚴苛場景
新能源汽車電池包碰撞測試需承受瞬時強沖擊載荷（可達10-20g），電機耐久測試需長期耐受高頻振動（頻率50-2000Hz），因此專用T型槽平臺需滿足三大核心性能：一是剛性，確保沖擊與長期振動下無塑性變形；二是定點，保障測試件安裝同軸度與位置精度；三是安全防護，適配高壓、高沖擊的測試環境。平臺精度等級優先選用00級（平面度≤0.02mm/m），槽寬公差控制在H6級，為測試提供穩定基準。
二、電池包碰撞測試專用方案：強沖擊下的穩定支撐
1.材質與結構優化：選用QT600強度球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+加密加強筋”結構，筋板厚度≥35mm，臺面厚度≥150mm，可承受20g瞬時沖擊載荷，臺面撓度≤0.01mm/m。
2.定點與固定設計：采用寬幅T型槽（槽寬36-45mm），間距100-150mm，搭配12.9級強度防松螺栓與專用防滑夾具，確保電池包測試件牢固固定，碰撞過程中無移位；臺面對稱分布定點銷孔，定點精度≤±0.01mm，保障每次測試安裝位置一致性。
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
掣肘新能源汽車發展的關鍵因素是什么？
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 新能源電池包熱應力防護如何筑牢安全防線？
Ansys熱應力分析可使電池包散熱板開裂風險降低30%、熱失控預警時間提前8分鐘，構建全周期安全防護體系，技術鄰依托資深師資團隊打造的定制培訓，能讓企業工程師快速掌握這套核心防護技術。
新能源汽車電池包的熱應力安全問題，是制約行業發展的關鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環境及熱失控初期均會產生顯著熱應力，若管控不當，極易引發殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴重安全隱患。技術鄰服務20+新能源頭部企業的實戰經驗顯示，電池包熱應力相關故障中，正常工況下的散熱板開裂占比23%，熱失控初期的殼體破裂占比35%，而Ansys熱應力分析可針對性構建全周期防護體系。更重要的是，技術鄰通過定制培訓，將這套前沿技術轉化為工程師的實操能力，其師資力量堪稱行業標桿——講師團隊均具備10年以上Ansys仿真經驗，且持有Ansys官方認證資質，深度參與過電池包熱安全項目，能精準對接企業實際需求。
在正常工況的熱應力管控中，快充場景的熱堆積問題尤為突出。電池包快充時，電芯因焦耳熱溫度從25℃快速升至50-60℃，鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱膨脹系數差異達1.8倍，極易引發接觸熱應力，形成“熱應力升高-散熱失效-溫度驟升”的惡性循環。Ansys通過兩大核心手段破解這一難題：一是材質匹配驗證，通過仿真對比鋼質、鋁合金、鎂合金三種散熱板材質的應力分布，最終選定鋁合金材質，使接觸應力從180MPa降至117MPa；二是整體應力優化，在殼體螺栓處增加硅膠緩沖墊片，將局部應力降低30%，徹底避免殼體變形開裂。同時，Ansys可精準模擬不同充放電倍率下的熱應力變化，1C倍率充電時熱應力值為90MPa，2C快充時增至150MPa，為液冷系統調控提供精準數據支撐。這些實操技巧，正是技術鄰培訓的核心內容，講師會以企業真實電池包模型為案例，手把手指導學員完成材質選型、應力優化的全流程仿真操作。
展開 
新能源汽車動力電池用雙組分聚氨酯灌封膠應用研究
整體而言，新能源汽車電池包用雙組分聚氨酯灌封膠具有高導熱性、高粘接性和良好的操作性能，對改善電池熱管理、提高電池系統總成性能具有重要作用。
關鍵詞：
電池；導熱；灌封膠；操作時間；混合比；粘接強度
00
前言
2022 年 1~7 月，我國新能源汽車產銷量分別完
成 327.9 萬輛和 319.4 萬輛，同比均增長 1.2 倍。未
來隨著各國燃油車禁售計劃的實施，新能源汽車的
產銷量將持續快速增加。新能源汽車的整體性能
在很大程度上取決于其電機、電池和電控的性能，
其中熱管理是重中之重。目前新能源汽車動力電
池大多數是鋰離子電池，汽車電池包中的鋰離子電
池在充放電過程中會產生熱量。為了將電池產生
的熱量傳遞至電池包的降溫系統中，需要用導熱材
料。電池包中電池組裝結構緊湊，電池之間的空隙
小，需要導熱材料在固化前具有優異的流動性，從
而填滿電池的空隙。另外，在汽車行駛過程中，電
池包難免會受到震動，因此導熱材料需要具有優異
的粘接性能和減震性
。
導熱灌封膠是目前新能源電動汽車應用較為
廣泛的一種熱管理材料。導熱灌封膠主要可以分
為環氧導熱灌封膠、聚氨酯導熱灌封膠和有機硅導
熱灌封膠三大類。
展開 仿真APP在汽車電池包隨機振動分析中的應用
汽車電動化、智能化、綠色化發展已成為全球各國應對氣候變化、實現低碳發展的共同選擇。在此背景下，新能源汽車持續高速發展。電池包作為新能源汽車的“心臟”，是其主要動力來源，直接影響車輛的續航里程與行駛安全。電池包結構的安全可靠性對新能源汽車至關重要，同時也是衡量新能源汽車產品競爭力的重要指標之一。
圖1 新能源汽車電池包結構示意圖
汽車在路面行駛時，會遭遇到較為復雜的路面工況，比如顛簸路、補丁路、坑洼路等，這些路面不平度所產生的激勵通過車身傳遞給電池包。為了確保結構不受破壞，電池包必須具備足夠的強度來承受路面的隨機載荷。
通常獲取電池包結構振動特性的途徑包括數值仿真與試驗方法。試驗方法可依據《GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》進行測試，該國標對于不同類型車輛及振動測試條件等均有明確說明。但試驗方法需要物理樣機，測試過程較長、成本較高。鑒于電池包內部結構復雜，且設計變更頻率較高，因此借助數值仿真的手段可大幅提升產品優化迭代的效率，縮短研發周期，降低測試成本。
電池包隨機振動仿真可用于評估電池包在振動條件是否滿足結構性能要求。這種分析方法有效確保了電池包在汽車正常行駛過程中不產生振動破壞。通過隨機振動仿真，可以識別結構振動風險以及潛在的結構失效位置，進而采取相應的措施來改善設計或加強結構，提高電池包的可靠性和安全性。
展開 CAE技術助力新能源汽車動力電池開發
“安全是新能源汽車最關鍵的指標”，續航是電動汽車的命門，電動車市場之所以依賴政策在財政和路權上的持續支持，正是因為續航短板難以滿足市場需求。而提升續航的主要手段則是提升動力電池的能量密度。
能量密度是一項評價電池在單位重量下存儲電量的指標，能量密度越高，意味著可以在同樣重量體積下，搭載更多的電量。特斯拉Model 3之所以作為A型轎車能夠實現590公里的續航，正是搭載了能量密度達到300Wh/kg的21700電池。而蔚來去年12月發布的ES6也因為搭載單體能量密度超過260Wh/kg的NCM811電池，得以實現NECD工況法510公里續航里程。
中國和國外的汽車品牌都已經把精力從概念炒作轉為了電池技術的深度開發。前不久，中俄科學家在俄羅斯圣彼得大帝理工學院科技實驗室合作實現了將現有鋰電池容量增加了15%；日本在這方面也不甘寂寞，推出了日本鋰電池改進方案。日本嘗試改變現有碳材料的組合，找到了更適合電子流動的結構，擴大了電池正極的通道，使電子流通率比過去高了10倍。同時他們還將電池的負極注入了氧化硅，使電池儲存電子的數量增加了2倍，使原有的鋰電池增加了接近3倍的續航能力。
新能源汽車終究會成為主流，雖然目前受限于技術水平，無法大范圍推廣，但是在未來五年內，新能源汽車將會迎來強勢期，引領汽車行業的潮流。目前新能源汽車產業發展主要集中在混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車上。作為電動汽車的“心臟”，動力電池一直是新能源汽車產業發展的關鍵。就像內燃機車對發動機有各種要求，新能源汽車對電池組也有著苛刻的性能要求，包括安全性、穩定性、成本、充放電效率、比功率、比能量等，這些直接關系到新能源車在電動驅動上的表現。
一顆電芯是如何誕生的？
單個的電芯是不能使用的，只有將眾多電芯組合在一起，再加上保護電路和保護殼，才能直接使用，這就是所謂的電池模組。
展開 基于MeshFree的新能源電池包模態與強度分析
（3）MeshFree目前尚不能進行電池包的擠壓、球擊等大變形的分析，期待后續的更新完善。
基于MeshFree的新能源電池包模態與強度分析.pdf
新能源汽車電池包液冷熱流如何計算？
作者：王永康
來源：仿真秀
導讀：“蓋世汽車據外媒報道，美國普渡大學（Purdue University）研究人員研發出一項新型電動汽車技術，該技術結合了電池和氫能，能量密度非常高，只需要快速補充電池液就可讓乘用車續航里程達到5000公里以上”。
該技術使用專利的“液流”系統，通過單電池液產生電力，為電動汽車提供動力，并且可根據需要產生氫能。
汽車的發展不僅推動了現代社會的進步，而且促進了地區之間的交流，但同時也帶來了環境污染及能源消耗問題。以電動汽車為代表的新能源汽車將是解決汽車工業可持續發展問題的重要途徑之一。動力電池作為電動汽車的關鍵零部件，直接影響著電動汽車產業化的進程。因此，針對動力電池的熱管理系統研究是十分必要與迫切的。
設計性能良好的電池組熱管理系統，要采用系統化的設計方法。很多研究文獻都介紹了各自設計的熱管理方法，因此，在儲能系統電池組應用中，還需要對電池進行熱管理設計。
但真實的電池組熱環境是極其復雜的，依靠傳統理論的手動計算或經驗估計，已經無法滿足對產品研發的需求，因此需要借助成熟的CFD技術來完善對電池組熱特性的準確評估與分析，合理優化改善電池組內部熱環境，提高其可靠性。
Icepak熱分析軟件可以解決各種不同尺度級別熱模型，或者幾何尺寸細長比比較小的熱模型散熱問題，同時提供了電池包熱仿真需要的風扇風機模型（可輸入P-Q曲線）、導流板模型、快速提取風管模型、電池包殼單元模型，因此Icepak可以快速建立電池包幾何建模、同時具有豐富的網格類型、網格質量評價工具，其計算求解精度高且穩定，并具有豐富的后處理功能。
仿真分析與實測數據的對比結果表明，Icepak 能夠有效模擬電池組的溫度場及流場，可以作為一種溫度試驗仿真技術用于電池組的熱管理設計與優化。
展開 基于Ncode的新能源汽車電池包隨機振動疲勞分析
電池包是新能源汽車的關鍵零部件，其耐久性影響著新能源汽車整體的可靠性，按照國標GB/T31467.3-7.1振中的要求，電池包需要在振動試驗臺上進行三個方向上疲勞耐久，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。每個方向的測試時間是21個小時。
本文基于某車型動力電池包，使用
Hypermesh-Optistruct-Ncode聯合仿真分析手段，進行隨機振動疲勞分析。按照振動臺架邊界條件進行工況設置，求解電池包振動疲勞壽命。
有限元模型建立
分析模型包括電池包殼體、模組以及車身連接支架，與車身安裝處采用rbe2模擬螺栓。通過節點耦合，在rbe2耦合單元主節點處施加激勵，模擬臺架狀態。本文使用聯合仿真進行電池包臺架隨機振動疲勞分析，主要包括單位加速度激勵下應力結果，振動加速度頻譜，疲勞材料及參數設置以及后處理等。根據臺架測試要求，從ZYX三個方向依次進行，時間為21h。本文建立的電池包模型如下圖所示：
圖1 某電池包有限元模型
頻率響應分析
2.1 邊界約束，固定約束電池包支架，如下所示：
圖2 電池包約束示意圖
2.2 模態頻率提取，在EIGRL模態分析卡片中定義特征模態頻率提取范圍V1-V2為0-200Hz：
2.3 頻率響應分析，為了保證和PSD載荷表中的單位保持一致，需要保證頻響分析中的激勵單位協調統一，因為PSD輸入是按g^2/Hz，因此頻響分析的激勵需要換算成9810mm/s^2。如對三個方向X/Y/Z分別采用1G加速度進行激勵，并與載荷幅值TABLED1關聯，即為實際載荷譜激勵。
2.4 為了保證計算精度，在結構響應的峰值位置增加計算頻率（FREQ1）。
展開 新能源汽車電池包箱體的輕量化發展
作者： 司福建 時紅海 吳中旺 劉暢 賴興華
清華大學蘇州汽車研究院
隨著世界能源危機和環境污染問題日益嚴重，汽車輕量化越來越受到人們的重視。輕量化對汽車節能減排的效果直接而顯著，試驗證明，對于傳統燃油汽車，汽車整備質量每減輕10%，可降低油耗6%～8%，排放下降3%～4%；對于新能源純電動汽車，汽車整備質量每減少10%，電耗下降5.5%，續航里程增加5.5%。同時汽車質量的降低可減小汽車制動距離，提高安全性能。所以，無論是對傳統燃油汽車，還是對新能源汽車，汽車輕量化研究均具有重要意義。
輕量化并非簡單地將整備質量減輕，而是在保證強度和安全性能的前提下盡可能地降低整備質量并保證制造成本在合理范圍內，以實現安全性和經濟性的兼顧統一。電池包箱體作為動力電池的承載和防護機構，在電池包系統中占據重要位置，而且其整備質量目前偏大，具有較大的輕量化空間，同時政策對于電池包能量密度的要求逐步提高，使得電池包箱體輕量化發展具有很強的緊迫性。
針對輕量化過程中引入的新材料和新結構連接需求，本文對電池包箱體輕量化的發展及新型連接技術的應用進行綜述，旨在對輕量化設計和制造提供有益借鑒。
電池包箱體的輕量化發展
傳統電池包箱體一般采用低碳鋼鈑金和焊接工藝加工而成，成本較低但箱體質量較大，嚴重影響電池包系統能量密度的提高和新能源汽車的輕量化，不符合發展趨勢，需要進行輕量化改進。目前針對電池包箱體輕量化的主要手段為輕量化材料應用和輕量化結構設計。
輕量化材料的應用
電池箱輕量化材料應用主要包括鋁合金材料、高強鋼材料和復合材料的應用等，目前鋁合金替代傳統低碳鋼在電池箱上得到了大范圍的應用，鋁合金箱體成為電池箱體發展的一個重要方向。
鋁是最常用的金屬材料之一，同時也是地殼中分布最廣、儲存量最多的元素之一，占地殼質量的8.13%。
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
安全問題制約5G新能源汽車行業發展以及“仿真驅動研發”新模式下的整體解決方案
四 工程仿真技術的應用場景
1）車身結構設計
△ 5G新能源汽車車身結構仿真優化設計
2）汽車造型開發
1、外造型風阻優化：降低整車行駛油耗/電耗，支持整車滿足油耗/電耗法規。
△ 5G新能源汽車外造型風阻優化設計
2、風噪仿真優化：降低噪聲源聲場強度，減少隔聲、吸聲需求，降低聲學包成本。
△ 5G新能源汽車風噪仿真優化設計
3）智能座艙設計
△ 5G新能源汽車智能座艙仿真優化設計
4）電池包結構分析
△ 5G新能源汽車電池包結構仿真優化設計
5）智能駕駛基站布局
△ 5G新能源汽車智能駕駛基站布局仿真優化設計
五 行業先進的工程仿真整體解決方案
1）熱流管理解決方案
△ 5G新能源汽車熱流管理仿真解決方案
2）電池包熱分析解決方案
△ 5G新能源汽車電池包熱分析解決方案
1-2：電池包熱仿真及降階仿真
3-4-5：考慮電化學的電池單體及電池包ECM電化學降階仿真
6：采用MSMD的電池模組熱仿真
3）碰撞安全解決方案
△ 5G新能源汽車碰撞安全仿真解決方案
4）氣動噪聲解決方案
△ 5G新能源汽車氣動噪聲仿真解決方案
5）虛擬試驗場解決方案
1、建立數字路面，輪胎模型和動力學模型，構成完整的數字仿真模型，即虛擬試驗場。
2、應用于車體耐久、整車路噪、整車平順性、進一步的智能駕駛虛擬環境等分析。
展開 新能源汽車動力系統部件測試大揭秘
動力電池系統作為硬件本體和控制系統結合極為緊密的系統，其測試大致可以劃分為兩大部分：電池包本體（Pack）測試、電池管理系統（BMS）測試，下面分別介紹這兩部分的測試情況。
1
電池包本體（Pack）測試
電池包本體測試一般在DV/PV（設計驗證/生產驗證）階段進行，目的是為了驗證電池包的設計/生產是否符合設計要求。其中包含溫度測試、機械測試、外部環境模擬測試、低壓電氣測試、電磁兼容測試、電氣安全測試、電池性能測試、濫用試驗測試等等。因為大伙都比較關心電池安全問題，在這里主要介紹一下電池包濫用試驗的測試方法：
1) 針刺測試
模擬電池遭到尖銳物體刺穿時的場景，因為異物刺入有可能導致內部短路，試驗要求不起火不爆炸
2) 鹽水浸泡
5%鹽水長時間浸沒測試，電池功能正常
目前新能源汽車電池包防水防塵等級推薦是IP67（即1米深的水浸泡半小時無損壞，上汽、蔚來的電池包都是IP67）。汽車的使用環境惡劣，再怎么做防水防塵保護也不過分（上海有一年暴雨導致車庫積水，傳統車都淹掛了，而電動車完好無損）。
3) 外部火燒：
590攝氏度火燒持續130秒電池無爆炸、起火、燃燒并且無火苗殘留。
4) 跌落：
1m高度自由落體在鋼板上電池殼體完整功能正常
5）振動測試
高頻振動模擬測試，要求電池包功能正常。做電池包的同事應該知道，這個也很難通過。
2
電池管理系統（BMS）測試
電池管理系統的測試更多側重軟件測試，一般在軟件功能開發過程中進行。
與尚未量產的自動駕駛系統偏向于使用C語言實現軟件設計不同，現今成熟的電動汽車控制系統（如整車控制器、電機控制器、電池管理系統）軟件都是以模型為基礎的軟件開發（Model-Based-Design）。
展開 新能源汽車與新能源電池設計中的CAE仿真技術應用
隨著新能源汽車得到各國政府的重視，新能源汽車行業發展迅速，脫胎于傳統汽車的新能源汽車形式上與傳統汽車相近，內部改變卻很多，由此產生巨大的優化提升空間。在新興設計領域中高效使用高精度，高質量，全面，統一的輔助設計工具能為企業技術帶來持續的高速發展。
行業難題
新能源汽車系統組成復雜，涉及到到電、磁、控制、機械、流體等不同的物理域；以及總體、機械、氣動外形、電子電氣等不同設計部門。如何綜合考核各個關鍵部件的電磁、結構、溫升等性能；如何綜合評估系統與部件的匹配性；如何在各個設計部門中協調設計？上述問題涉及到橫向多域設計，又涉及縱向多層次設計，甚至需要綜合考慮流程與數據管理等問題。
新能源汽車動力系統均由高性能牽引電機提供扭力輸出，在仿真設計和研發過程中涉及到流體、結構、溫度、電磁和控制等多個領域的復雜多物理場問題。
新能源汽車動力電池是一個全新的部件，在設計階段主要考慮到試用過程的安全性以及使用壽命的管理。這兩者分別與汽車的碰撞安全性以及電池的熱管理最為相關。碰撞安全性涉及到電池的安全使用與否，而電池包的熱管理則很大程度影響電池包的整體壽命和續航里程。
整車級EMC測試標準主要限制定了車載發射器和車外輻射源工作時車輛的EMC性能。車內電子設備數量眾多，新能源汽車更甚，都有可能成為輻射干擾源或被干擾體，如電機、變流器、各種天線、ECU等，種類繁多、頻譜跨度廣、且安裝位置多樣。如果將EMC問題都壓縮在整車的最后設計階段，則設計者需要付出更多的代價。
解決方案
針對新能源汽車的各個方面，安世亞太均提供統一、精準的分析系統和解決方案。
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