某微型纯电动汽车电池包结构的设计与CAE分析

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本文为某一款微型纯电动汽车设计出一种满足国标要求的动力电池包,使用3D建模设计了其最初结构,并借助幂耐新能源科技(上海)有限公司的冲压设备进行打样试做。根据最新国家标准(力学强度试验)中的多种工况进行有限元仿真模拟,分析了动力电池包的静、动态结构性能和充放电散热时单体电池温度变化的影响,并对几个部件进行了优化,具体完成了以下几个方面的研究:(1)按照主机厂提供的性能参数,合理选择了单体电池,使用三维建模软件Catia建立了初始的3D数值模型;利用业内优秀的有限元模型几何处理软件Hypermesh根据Catia软件设计的最初3D数值模型进行了每一个离散部件的网格划分,焊点、焊缝、螺栓的连接,整体组件的接触等设置。为后续的模态、挤压、模拟碰撞、随机振动、冲放电散热等工况有限元仿真模拟作铺垫;(2)利用主流的有限元求解软件Abaqus/CAE模块,基于振动方程,创建各部件的材料和厚度属性等,求解动力电池包的自由模态。通过其组件的前9阶频率和振型来评判结构是否满足要求;利用优化软件Tosca分别对电芯挡板和上、下盖板进行拓扑优化和条纹优化,改善其机构刚度和提高一阶频率;(3)利用主流的有限元求解软件Abaqus/CAE模块,基于显式动力学方程,对动力电池包法规要求的挤压和模拟碰撞试验工况进行模拟求解。主要关注的是动力电池包组件中各个零部件在各种工况下的力学性能表现,包含通过应力、应变和位移的情况来评判在真实试验情况下的撕裂等失效表现;(4)利用通用流体有限元求解软件Fluent,进行充放电仿真分析。通过判断在0.5C、1C充放电时散热的温度是否满足单体电池的使用温度来评判动力电池包的安全性能。
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