[發明專利]一種基于真實路譜的電動汽車電池包結構疲勞壽命預測方法

在審

• 申請號: 201710981393.2
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107991103A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 張勇;張蒙陽
• 申請（專利權）人: 開沃新能源汽車集團有限公司
• 主分類號: G01M17/007
• 分類號: G01M17/007
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本發明涉及一種基于真實路譜的電動汽車電池包結構疲勞壽命預測方法，其屬于動力電池結構安全、可靠性領域。

背景技術：

電動汽車電池包是電動汽車的能量來源。由于路面不平度的存在，安裝在電動汽車上的電池包，會不可避免地承受來自于路面的振動。雖然經過輪胎與懸架的衰減，但作用在電池包上的振動依然不可忽視。一般地，來自路面的激勵都是隨機的，這種隨機振動通常是長時間、低應力持續作用，對電池包結構的影響也是緩慢的。如果電池結構設計不合理，由于振動造成的電池疲勞損傷不斷累積，同樣會導致電池包結構疲勞失效，影響電池的正常使用，對整車安全性帶來隱患。為此，國內外制定了一系列的電池包振動實驗室標準。若在振動臺架上能完全重復真實道路上電池所承受的載荷，該方法確實能獲得準確的疲勞壽命結果。但一般為了縮短試驗周期，節約成本，通常在實驗室采用的電池包振動標準通常是經過強化、加速。由于強化、加速方法不同，目前國內外主流的關于電池包振動實驗室標準有IEC 62660-2，ISO 12405-1，SAE J2380，USABC，ECE R100，UN 38.3等標準。通過對國內外各主流標準進行分析可知，其在振動輸入類型、帶寬、幅值、試驗時長、SOC狀態、溫度條件等等方面均有較大區別。換言之目前尚無統一的標準來評價電池包結構強度。倘若電池包在振動臺架測試結果不滿足試驗標準，還需要進行重復性設計與試驗，試驗完成后電芯一般難以再回收利用，因此基于振動臺架的電池包結構強度試驗綜合成本依然很高?；贑AE疲勞仿真預測手段的電池疲勞壽命方法可在電池包設計初期階段就可對電池包結構強度進行預判，能有效地縮短產品開發周期，降低開發成本。但傳統的電池包疲勞壽命預測方法，或是采用準靜態計算方法，或是直接采用實驗室臺架振動標準作為振動疲勞的輸入載荷。事實上，電動汽車在運行中對電池包的振動激勵相當復雜，經現有技術檢索發現，目前尚無以真實路譜作為電池包疲勞壽命計算與預測輸入的方法。

發明內容：

本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種基于真實路譜的電動汽車電池包結構疲勞壽命預測方法，解決了電池包結構真實載荷譜的無法獲取的問題，利用寬帶隨機振動和多軸疲勞壽命方法，提高了電池包結構疲勞壽命預測精度。

本發明采用如下技術方案：一種基于真實路譜的電動汽車電池包結構疲勞壽命預測方法，步驟如下：

(1)、電動汽車道路載荷工況的制定，根據電動汽車汽車用戶調查獲得，或者直接以某個試驗場的可靠性試驗標準為依據；

(2)、道路載荷譜采集與分析，按照測試要求，在電動汽車上安裝傳感器，在軸頭處安裝加速度信號，彈簧處安裝位移傳感器，電池包結構上以及相應的車身安裝側布置若干加速度傳感器，GPS傳感器，對采集到的多組信號在時域、頻域、幅值上進行對比，并對信號進行重復性校驗，相關性分析；

(3)、整車的多體動力學模型建立，車架或車身部分采用柔性體模型，電池包采用剛體模型，最終整車為一個剛柔耦合動力學模型，在道路測試之前，重新測量車輛的輪胎載荷、重心位置和懸架限位器間隙參數，并根據測量結果對模型進行調整，完整動力學模型之后，需要進行動力學仿真試驗驗證，以保證動力學模型的正確性；

(4)、多體動力學模型傳遞函數獲取與載荷譜迭代，將整個整車樣機模型看作一個系統，路面在輪心處的激勵作為輸入，各個傳感器的響應作為輸出，求解輸入至輸出的傳遞函數，然后對傳遞函數求逆，作為由輸出反求得到輸入的關系，所建立的整車樣機模型是一個非線性系統，而傳遞函數是線性的，需要反復修正驅動信號，使響應信號逼近實測值，最終得到準確的激勵輸入；

(5)、電池包結構疲勞壽命預測，電動汽車在行駛中，其上安裝的電池包結構在安裝點處承受來自6個方向的力，包括3個力與3個力矩，安裝點的輸入力譜起主導作用，只考慮三個方向力的振動輸入，根據隨機振動理論，電池包結構的應力響應功率譜密度矩陣可寫成：

其中為H_σ(f)應力頻響函數矩陣，G_σ(f)為輸入載荷譜，*為共軛運算，利用Von.Mises等效方法，將其等效成單軸等效應力

G_σeq(f)＝Trace[AG_σσ(f)]

其中Trace為矩陣的跡，A的表達式如下：