[發明專利]基于有限元方法的汽車電池箱結構設計方法

有效

• 申請號: 201811366964.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109583058B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 謝暉;楚博;王杭燕;李凡;孫延;周詩琪;陳佳求;陳煜同;趙笠程
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

本發明首先根據現有的電池箱托盤建立三維模型，并利用有限元軟件進行靜力學分析確定托盤最優截面形式；其次以所求得最優截面形式為基礎建立新的托盤模型，并對該模型進行流固耦合仿真分析，改進托盤內的流道設計從而提高散熱效果；然后再建立整個電池箱的有限元模型，預處理后模擬多個極限工況進行剛強度分析，驗證電池箱剛強度符合要求；再對電池箱的加強橫梁進行優化設計，確定加強橫梁的最優尺寸和截面形式，實現減重；得到最優電池箱形式。

技術領域

本發明涉及一種汽車電池箱的設計方法，特別是涉及一種基于有限元方法的汽車電池箱結構設計方法。

背景技術

近年來，我國的新能源汽車取得了顯著的發展成果。動力電池作為新能源汽車的核心部件，對其進行可靠的、科學的成組，一直以來都是新能源汽車領域，特別是純電動汽車領域的一個重要研究課題。現有的新能源汽車常采用鋰電池組作為動力電池。但是，鋰電池組在使用的過程中會產生較高的熱量。發明人研究發現，現有的鋰電池組安裝箱，由于結構設計方法不合理，使得鋰電池組工作產生的熱量不能及時散發，最終使得鋰電池組的溫度不能及時有效地調節和控制，極大程度的降低了鋰電池組的使用壽命。此外，發明人還發現，鋰電池組不僅在高溫環境會影響使用壽命，在低溫環境下，鋰電池組充放電效率不穩定，也會影響鋰電池組的使用壽命。鋰離子電池由于鋰自身活潑性極強，電池安全問題一直困擾著電動汽車行業的發展，無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電都普遍存在著易著火爆炸的問題，鋰電池起火不像燃油著火那樣可滅可救，電池一旦碰撞造成內部熱失控，就會連鎖反應，著火會迅速蔓延，任何滅火救助措施幾乎不起作用，最終導致爆炸是必然結果。目前，現有的鋰電池動力電池箱結構設計方法復雜，費時費力，投入成本高，亟待改進。

以往汽車電池箱設計主要涉及汽車電池箱的布置、走線、散熱，大多依照工程技術人員的設計經驗，增大安全系數以保證電池箱體的安全性，但這樣無疑會增加電池箱的質量及生產成本，降低續航里程。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種既能降低自重又能保證散熱效果的基于有限元方法的汽車電池箱結構設計方法。

本發明提供的這種基于有限元方法的汽車電池箱結構設計方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立現有托盤的三維模型，在有限元軟件中進行彎曲和扭轉仿真實驗，確定托盤最優截面形式；

步驟二、建立托盤和電池包的三維模型，托盤截面為步驟一中所確定的最優截面，利用有限元分析軟件進行流固耦合仿真分析，改進托盤內的流道設計；

步驟三、建立內設電池包的電池箱模型并導入有限元分析軟件中進行剛強度分析；

步驟四、對電池箱模型進行拓撲優化和尺寸優化，獲得最優的尺寸和截面形式。

在所述步驟一中，在Hypermesh軟件中的optistruct模塊內依據現有的多款電池托盤建立對應的數學模型；向各數學模型施加相同的彎矩，觀測得最大位移出現在中部位置、最大應力出現在受約束邊角處；向各數學模型施加相同的扭矩，觀測得最大位移和最大應力均出現在受到約束的邊角；即可確定托盤所包含的各邊梁的最優截面形式為L型截面。

對所述步驟一中確定的最優截面進行優化，具體步驟為：在catia軟件中建立L型截面的邊梁的三維模型后導入Hypermesh軟件中劃分單元網格，選擇六面體網格，設定實體網格的邊長為4mm，材質選用鋁合金Al-S-6000，邊梁的優化區域為外輪廓內4mm區域，創建位移約束及質量約束，其中位移約束上限為0.1mm，下限為-0.1mm，目標函數設定為質量響應，進行優化分析，得到最優截面。