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                    CAE應用解決方案專家
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                    學會這門技術,在動力電池領域大有可為!

                    有限元: 2021-03-19 13:35:13 閱讀數: 1370 分享到:

                    汽車行業的“新四化”是指:電動化、網聯化、智能化、共享化。而電動化之中,電池的安全問題及續航問題成為制約電動化技術發展的關鍵瓶頸。

                    在這兩大問題之中,都不乏CAE技術的用武之地:以CAE技術復現電池使用中的各種極端場景,提前采取措施保證電池的使用安全;然后在保證安全的前提下,以輕量化手段優化電池包結構提升電動汽車的續航能力。



                    那我們就一起來探討一下電池開發過程中,具體有哪些問題是需要CAE技術來解決的。

                    1、靜剛度分析

                    靜剛度分析是CAE分析的一大分支,大致原理就是對物體施加一個載荷,看物體有多大變形。具體到電池包,衍生出一個工況,稱為4g強度。需要約束電池包所有的安裝點,分別對電池包施加X/Y/Z三個方向的加速度,大小為4g,這個工況考察的是電池包系統本身的結構強弱,因此結果也是要求,電池包在這種情況下不能出現零件斷裂,保護電池包系統的結構在車輛在失重狀態下的安全性。


                    2、動剛度分析

                    動剛度分析也稱模態分析,這是一般結構分析的基本工況。用來考察電池包的本身結構特性-共振頻率,要求電池系統不能輕易的被激勵起共振現象,所以我們一般也會定義一個下限值,要求第一階模態不低于某個值,從而避免共振的發生,保護電池系統的結構在低階激勵(如發動機怠速激勵)的安全性。

                    3、隨機振動分析/疲勞分析

                    電池包有個測試試驗,叫隨機振動測試(GB31467.3-2015)。這個試驗也就是為了測試電池系統在某個功率譜密度的測試中是否會出現累積損傷,也是為了保護電池系統結構在長期使用中被各種外在激勵蹂躪后的安全性。

                    4、上蓋承重剛度分析

                    也稱為抗壓分析。電池包安裝在車底或者后備箱下面,電池包在生產、搬運、安裝、使用過程中,總是不可避免地會受到外在擠壓,尤其是上蓋。而上蓋和內部的模組之間的距離一般較小,為了防止上蓋受外力變形擠壓到模組,必須保證上蓋的剛度足夠大,以此保證模組不受“侵犯”。


                    5、靜態擠壓分析

                    電池包有一個擠壓的測試試驗,考量的是車輛這激烈碰撞中,障礙物侵入到電池包內部,是否會引起電池包大變形,進而使得電池起火發生爆炸。測試中用的壓頭(半徑75mm,長度1000mm)沿著幾個不同的方向緩慢擠壓電池包,一般要求電池包足夠強,當壓頭擠壓力達到某個很大的值時,電池包變形都沒有擠壓到模組,視為合格。


                    6、滑車試驗

                    滑車實驗是整車測試一個環節,試驗中把車放到滑軌上,使車沿幾個不同的方向快速滑動,加速度30g,檢查車輛各個部件的損壞情況。這其中就包含電池系統。脫落什么的就不提了,肯定不可以出現。電池包上出現裂紋都不被允許。出現裂紋就意味著結構還不夠穩定,容易失控,失控就是斷裂,大變形,起火,爆炸。。。。所以,一般針對電池包本身,也會進行滑車的測試。

                    7、碰撞安全

                    當車輛側面被其他車撞到,或者自己不小心別到樹樁什么的,也有可能引起電池包的變形,進而起火爆炸。所以,這個也得仿真。不過這個仿真工況,一般針對整車,進行側碰和柱碰測試。所以出了問題也不一定是電池包不夠強,也有可能是車身結構的不夠好,具體怎么優化,還得看車企怎么取舍。




                    8、電池包跌落

                    跌落分析不是新鮮事了,手機可以分析跌落,車門可以,電池包也自然可以。模擬的也就是電池包在生產運輸過程中出現跌落時受到的傷害。視跌落的情形不同,要求也是不同的,重度跌落不允許開裂,輕度跌落不允許產生大變形等。



                    9、電池包翻轉

                    翻轉也是發生在生產運輸中的,電池包由于自身重量和翻轉速度,也是容易使結構出現損壞的,模擬一般是為了規定在運輸中的操作規范。



                    10、底部球擊

                    電池包是安裝在車底的,車輛在行駛過程中,可能會被車底的石頭之類的東西打到或者擠到,使得電池包產生變形,進而引發安全事故。測試中會把障礙物簡化為一個圓頭的柱子,使其擠壓經過電池包底部,測試電池系統的反應或者電池包的變形。

                    11、電池包散熱分析

                    熱分析是電池設計中非常重要的一環。熱散不出去也是非常容易引起電池起火的。



                    不管是測試還是仿真,都是在考量汽車電池在各種使用場景下,電池系統的安全特性。盡管類目非常多,要求非常高,但兢兢業業的工程師們前赴后繼投入其中,解決完所有問題后,還要繼續進行輕量化研究,以對電池系統進行減重。 





                    深圳市有限元科技有限公司(簡稱“元王”)是一家以計算機輔助工程CAE為主業,以工程仿真軟件開發為核心,集CAE仿真軟件銷售、CAE仿真咨詢、CAE培訓、CAE軟件二次開發為一體的國家高新技術企業。




                    CAE在工程應用中發揮著越來越大的價值,元王深耕CAE領域14年,憑借深厚的技術實力和豐富的工程經驗為1200+客戶提供了CAE服務,也提供專業的CAE培訓服務,致力于培養實戰型仿真人才。


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                    專題1. 動力電池結構仿真
                    • 掌握hypermesh、Abaqus軟件操作和結構仿真分析的方法;

                    • 電池包產品靜剛度分析、模態分析、隨機振動分析、承重分析、擠壓分析、碰撞分析、跌落分析、沖擊分析、滑車分析;


                    專題2. 動力電池熱仿真分析
                    • 掌握Flotherm軟件操作和熱仿真分析的方法;

                    • 車載電子自然冷卻案例;

                    • 通訊機箱風冷案例;

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                    第一階段:根據視頻教程學習仿真軟件操作(結構Hypermesh+Abaqus 或 熱Flotherm),線上答疑


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                    (實戰演練案例根據應用主題制定,根據學員實際情況可能會略有調整。)


                    第三階段:工程實戰應用1個月內指導答疑


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