王志浩 趙曉麗

摘 ? 要：電動汽車中動力電池包是影響其使用壽命以及性能的關鍵因素。電池包結構設計形式直接決定了其結構強度。本文采用基于PSD振動疲勞分析理論，對某一車型電池包進行疲勞壽命影響因素分析，并根據(jù)分析結果對電池包結構進行優(yōu)化設計，在一定程度上提高電池包的使用壽命。

關鍵詞：頻率響應疲勞分析 ?振動疲勞分析 ?結構優(yōu)化設計

中圖分類號：U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0078-02

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，具有“節(jié)能減排”特色的電動汽車得到了迅速應用和大規(guī)模推廣。而動力電池包作為電動汽車的動力來源，其結構設計需要滿足多變運行環(huán)境和行駛工況下車體工作的安全性和可靠性要求。這就需要動力電池包具有一定的結構強度和剛度。本文采用基于PSD振動疲勞分析理論[1]，對某一車型電池包進行疲勞強度分析，得出影響其強度的主要因素，并對此采取相應措施，進行結構優(yōu)化設計，在一定程度上提高電池包的使用壽命。

1 ?模型描述

本次分析采用Abaqus線性求解器，ncode疲勞分析軟件。分析模型為電池包各組件，模型用8×8殼網(wǎng)格劃分，材料均為線性材料，電池包總重為260.3kg。

2 ?分析工況

頻率響應分析如下。

（1）約束模態(tài)分析（STEP1）：約束電池包安裝點共有6個自由度，計算在約束狀態(tài)下電池包在0～500Hz的頻率。

（2）頻率響應分析（STEP2）：在STEP1的基礎上分別對整體電池包施加X、Y、Z方向上的單位加速度載荷（1mm/s2）。

振動疲勞分析：本次分析先對電池包分別進行X、Y、Z方向上的頻率響應分析，得出電池包的響應函數(shù)，然后在ncode里面以頻率響應分析結果為基礎，加上PSD、材料SN曲線進行疲勞分析，算出各個方向下的疲勞結果，然后對各個方向下的疲勞結果進行疊加，合成結果保存成fer格式，在ncode里面studio模板下進行觀看。

分析標準：本次分析振動疲勞采用美國標準（SAE J2380-2009）。

3 ?分析數(shù)據(jù)結果

Z方向單位頻率響應力云圖如圖1、圖2所示。

電池包總的疲勞損傷云圖如圖3至圖4所示。

4 ?結論及措施

通過模型實驗分析結果，可以得到如下結論。

（1）頻率響應在35.79Hz時，上殼體應力最大值為0.146MPa，位于拐角處，可能出現(xiàn)斷裂情況。

（2）頻率響應在27.47Hz時，應力集中出現(xiàn)在拐角處和過渡區(qū)域，可能出現(xiàn)斷裂情況。

（3）電池包在垂向振動時疲勞強度破壞較大，有些區(qū)域甚至超過了材料的抗拉極限。疲勞破壞主要集中在電池安裝支架上。這是由于電池包下殼體缺少橫梁加強板所導致。

對此，可以采取如下措施來對結構進行優(yōu)化[3]，從而達到減小應力集中、增加強度和剛度的效果。

對于頻域響應分析結果如下。

在拐角處上殼體上面增加一厚度為1mm的加強板。

（1）將過渡區(qū)域磨平。

（2）在底盤可以做一個搭接梁，提高強度。

對于振動疲勞分析結果如下。

可以采取在下殼體上增加橫梁結構、改進電池包安裝點以增加其強度和剛度。

5 ?結語

綜上所述，電池包的結構設計會很大程度上影響其強度、剛度，從而影響動力汽車電池包的使用壽命。本文從頻域分析和振動疲勞分析兩方面展開討論，得出影響電池包結構強度的因素并提出相應解決措施，以便于更好地對電池包結構進行優(yōu)化設計。

參考文獻

[1] 王文偉，程雨婷，姜衛(wèi)遠，等.電動汽車電池箱結構隨機振動疲勞分析[J].汽車工程學報，2016，6（1）：10-14.

[2] 蘇陽，楊濤，鄂世園，等.電動車電池包振動疲勞分析[J].汽車實用技術，2016，2（2）：109-110.

[3] 王力，鄧雄志，陳家設.基于結構優(yōu)化的混合動力轎車電池包模態(tài)特性改進[J].上海汽車，2014（6）：3-7.