龔安平

基于ABAQUS的某輕卡電池包支架力學(xué)性能研究

龔安平

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

某項(xiàng)目需設(shè)計(jì)不同電量和不同結(jié)構(gòu)形式的新能源電動(dòng)輕卡的電池包支架系統(tǒng)，采集了基礎(chǔ)車型實(shí)車加速度數(shù)據(jù)，并基于ABAQUS軟件，對(duì)三款電池包支架進(jìn)行了強(qiáng)度分析，CAE分析結(jié)果表明三款電池包支架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

輕卡；電池包支架；力學(xué)性能

引言

隨著中國(guó)制造2025及藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)計(jì)劃的推廣，新能源汽車得到了快速發(fā)展，與此同時(shí)，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及城市物流業(yè)快速發(fā)展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長(zhǎng)，其中電動(dòng)輕卡的銷售也得到穩(wěn)步提升。汽車需求量激增，帶來的石油燃料消耗的劇增，由此帶來了新能源汽車產(chǎn)業(yè)革命。汽車新四化驅(qū)動(dòng)全行業(yè)必然會(huì)朝著電動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，純電動(dòng)輕卡是指完全由動(dòng)力蓄電池提供動(dòng)力來源，由動(dòng)力電池向電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)整車行駛。動(dòng)力電池，作為新能源輕卡的“油箱”，需要有安全可靠的支架安裝固定基體，不同載貨質(zhì)量要求不同電池容量和電池包支架結(jié)構(gòu)，優(yōu)越安全的電池包支架力學(xué)性能是電動(dòng)輕卡效能發(fā)揮前提[1-4]，故研究不同結(jié)構(gòu)形式的輕卡電池包支架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，具有重要經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文研究源于某項(xiàng)目需設(shè)計(jì)不同電量和不同結(jié)構(gòu)形式的新能源電動(dòng)輕卡的電池包支架系統(tǒng)，如圖1，采集了基礎(chǔ)車型實(shí)車加速度數(shù)據(jù)，并基于ABAQUS軟件，對(duì)三款電池包支架進(jìn)行了強(qiáng)度分析，CAE分析結(jié)果表明三款電池包支架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

1 不同電量的動(dòng)力電池包支架CAE強(qiáng)度分析

1.1 輕卡動(dòng)力電池包支架FEM模型

不同載質(zhì)量的電動(dòng)輕卡，要求匹配不同電量的動(dòng)力電池，本文建立某電動(dòng)輕卡三套電池包系統(tǒng)有限元模型，方案一為81度電的電池包支架系統(tǒng)，對(duì)稱布置于車架縱梁兩側(cè)，質(zhì)量為500 kg。方案二為107度電的電池包支架系統(tǒng)，每側(cè)為雙層電池包，質(zhì)量為820 kg。方案三為127度電的電池包支架系統(tǒng)，布置于駕駛室與貨箱之間的車架縱梁上端，模型質(zhì)量為10 000 kg。單元類型為四面體單元及少量三角形殼單元來畫分，網(wǎng)格尺寸大小為4 mm，材料為B510L和Q235，三款電池包支架系統(tǒng)FEA模型如圖2。

圖1 某電動(dòng)輕卡

圖2 三種不同電量的電池包支架系統(tǒng)

1.2 不同電量的動(dòng)力電池包支架CAE強(qiáng)度分析

本文按照在襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)加速度采集得到的分析數(shù)據(jù)，約束安裝車架的全部自由度，分別施加X/3，Y/3和Z/7載荷激勵(lì)，得到如圖3到圖5的CAE強(qiáng)度分析結(jié)果。

本文按照上述邊界條件，得到了三款電量下的電池包支架CAE強(qiáng)度分析結(jié)果，圖3顯示，81度電的電池包支架X向3工況下，支架最大應(yīng)力為111 MPa，Y向3工況下，電池包支架最大應(yīng)力為373 MPa， Z向7工況下，電池包支架最大應(yīng)力為286 MPa。對(duì)于107度電的電池包支架，其三向工況下的電池包支架最大應(yīng)力分別為130 MPa和363 MPa及368 MPa。對(duì)于127度電的電池包支架，其三向工況下的電池包支架最大應(yīng)力分別為252 MPa和344 MPa及247 MPa。支架材料為B510L，其屈服強(qiáng)度為377 MPa，故三款電池包支架各向工況下的最大應(yīng)力都小于材料屈服強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 某81度電電池包支架CAE強(qiáng)度分析結(jié)果

圖4 某107度電-電池包支架CAE強(qiáng)度分析結(jié)果

2 輕卡動(dòng)力電池包支架道路譜測(cè)試

2.1 襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)耐久道路工況

襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)是我國(guó)綜合功能路面最為齊全的汽車試驗(yàn)場(chǎng)，擁有可靠性試驗(yàn)路[5]。本文研究的某電動(dòng)輕卡開展的耐久試驗(yàn)為綜合壞路試驗(yàn)，主要包括扭曲路、石塊路、條石路、鵝卵石路、搓板路等路面（圖6）。

2.2 力電池包支架道路譜加速度采集

本文在襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)壞路路面上進(jìn)行了動(dòng)力電池包支架道路譜加速度采集試驗(yàn)，傳感器布點(diǎn)布置如圖7，試驗(yàn)樣車為滿載狀態(tài)，總質(zhì)量為4.5 T。

圖7 加速度傳感器布點(diǎn)位置示意圖

2.3 電動(dòng)輕卡動(dòng)力電池支架加速度測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本文在襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了兩輪綜合壞路路面下的道路譜采集試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖8，由圖分析，支架安裝位置X向加速度峰值為1.6，而Y向最大加速度為1.7，但Z向最大，達(dá)到5.6，考慮到安全系數(shù)和設(shè)計(jì)余量，本文輸入給CAE分析的加速度激勵(lì)值為X3、Y3、Z7。

3 結(jié)論

本文在襄陽(yáng)試驗(yàn)場(chǎng)，進(jìn)行了電動(dòng)輕卡的動(dòng)力電池支架道路譜加速度采集，并基于ABAQUS軟件，對(duì)81度電和107度電及127度電的三款不同電量下的動(dòng)力電池支架進(jìn)行了CAE強(qiáng)度分析，綜合結(jié)果表明：

（1）電池包支架實(shí)測(cè)加權(quán)加速度最大值為X向3，Y向3，Z向7；

（2）三款電池包支架最大應(yīng)力小于B510L材料屈服強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 曹生彪,皇甫益,尹亮亮.新能源汽車用電池包支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].包鋼科技,2016,42(04):32-35.

[2] 牛營(yíng)凱,李紅艷,尹華清,等.新能源輕卡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件輕量化淺析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2019(07):11-13.

[3] 龔紅兵.海南汽車試驗(yàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)強(qiáng)化系數(shù)的計(jì)算[J].汽車研究與開發(fā),1997(03):43-45+56.

[4] 張磊,李信麗,黃勤.基于Nastran的某新能源輕卡電池包支架強(qiáng)度性能研究[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(18):191-192.

[5] 黃勤,何帆影,宋磊,等.基于有限元法某輕卡車架性能研究[J]汽車實(shí)用技術(shù),2020(01):89-91.

Study on the Mechanical Properties of a Light Truck Battery Pack Bracket with ABAUQS

GONG Anping

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330001 )

A project needs to design the battery pack bracket system of new energy electric light truck with different electric quantity and different structural forms, collect the acceleration data of the basic vehicle model, and based on ABAQUS software, carry out the strength analysis of three battery pack brackets, the CAE analysis results show that the mechanical properties of the three battery pack brackets meet the design requirements.

Light truck; Battery pack bracket; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.006

U469.72

A

1671-7988(2021)21-24-04

U469.72

A

1671-7988(2021)21-24-04

龔安平，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。