[發明專利]一種用于軟連接圓柱電芯電池模組的有限元建模方法

有效

• 申請號: 202010883515.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112149325B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 左曙光;殷斌;吳旭東;李祎明;王杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F18/241;G06N3/126
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種用于軟連接圓柱電芯電池模組的有限元建模方法，包括：使用包含質量和轉動慣量信息的質量單元來表示電芯，使用節點來表示電芯間連接裝置；構建電池模組等效模型；對不同尺寸規格的電池模組進行模態試驗，以提取出結構的振型和固有頻率；根據結構的振型和固有頻率，對電池模組等效模型中使用的襯套的剛度進行參數識別，得到優化襯套剛度參數；將優化襯套剛度參數賦予電池模組等效模型，并結合現有的電池包殼體有限元模型，將兩者進行接觸連接，得到電池包裝配體有限元模型。與現有技術相比，本發明能夠準確地反映電池模組真實結構的模態特征，最大限度降低有限元模型的節點數量，同時針對同種設計、不同規格的電池模組具有普適性。

技術領域

本發明涉及電池包結構分析技術領域，尤其是涉及一種用于軟連接圓柱電芯電池模組的有限元建模方法。

背景技術

電池包由電池包殼體，電池模組以及其余系統如電池管理系統、熱管理系統等構成。為了滿足車輛運行的功率需求和能量需求，純電動汽車的電池包通常內含數千圓柱電池、軟包電池或數百方形電池。這些電芯通過串并聯的方式連接起來，為車輛提供動力，為保證電動汽車的行駛安全性，有必要針對電池包進行結構分析。

由于電池包內部零件眾多、且相互之間連接關系復雜，導致難以建立精確的電池包有限元模型，因此針對電池包的結構分析往往會進行各種簡化。

專利CN 111027242 A中提出了一種使用虛構各向異性材料的三維實體單元替換電池模組內細小特征區域的仿真方法。該方法中使用較為精確細致的電池模組有限元模型進行初步仿真，提取結構的固有頻率和振型。然后使用模組包絡體作為等效結構替代模組細節結構，等效結構賦予各向異性材料。使用優化方法獲取各向異性材料參數，使得等效結構的固有頻率及振型與之前的仿真結果相匹配。這樣獲得的電池模組等效模型相比原詳細模型網格下降近90％，且能較為準確地獲取電池模組的動力學特性。

文獻“電池包箱體的有限元分析和結構優化設計[D].長春：吉林大學,2017.”與文獻“純電動汽車電池包結構設計及特性研究[D].南京：東南大學,2016.”中均使用了類似的方法進行電池包殼體的結構分析。其中用于獲取等效結構各向異性材料參數的固有頻率和振型改為通過試驗獲取，這樣的方法相比以有限元模型為依據更加準確、合理。

但上述該方法具有以下缺點：

1、替代結構為連續實體結構，與實際結構有明顯離散特征的事實不符，難以準確描述實際結構的特征；

2、該方法依靠模態結果為指導獲取參數，與實際結構無關，不具有通用性。電池包內部通常擁有不同尺寸的電池模組，通過一種模組的試驗獲取的各項異性材料參數不適用于所有規格的模組；

3、等效模型仍然擁有較多節點數量，整體電池包的結構分析需要十幾個小時，無法滿足各種優化設計方法的需求；

4、針對擁有硬質框架的電池模組結構，該方法可以獲得較為精確的結果，但對于以方便安裝替換為設計目標、沒有硬質框架的軟連接電池模組結構來說，由于軟連接電池模組結構在各方向上的剛度表現差異巨大，因此難以找到合適的各向異性材料參數來重現結構的模態特征。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于軟連接圓柱電芯電池模組的有限元建模方法，以降低有限元模型的節點數量，且能真實反映實際結構的模態特征。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種用于軟連接圓柱電芯電池模組的有限元建模方法，包括以下步驟：

S1、使用包含質量和轉動慣量信息的質量單元來表示電芯，使用節點來表示電芯間連接裝置；

S2、使用包含六向剛度的襯套連接質量單元與節點，以等效電芯與連接裝置之間的連接；

使用包含六向剛度的襯套連接對應于各連接裝置的不同節點，以等效連接裝置自身的結構剛度信息；