1引言 電池箱作為電池系統(tǒng)的重要部件，是保證系統(tǒng)安全的重要屏障。GBT31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第三部分：安全性要求與測試方法中，給出了電池系統(tǒng)安全性測試的具體方法。根據(jù)反饋電池包擠壓測試，經(jīng)常會出現(xiàn)箱體失穩(wěn)或嚴重變形導(dǎo)致的
1引言
電池箱作為電池系統(tǒng)的重要部件，是保證系統(tǒng)安全的重要屏障。GBT31467.3-2015電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第三部分：安全性要求與測試方法中，給出了電池系統(tǒng)安全性測試的具體方法。根據(jù)反饋電池包擠壓測試，經(jīng)常會出現(xiàn)箱體失穩(wěn)或嚴重變形導(dǎo)致的電池模組短路現(xiàn)象，因而引起電池包爆炸起火， 是安全性測試中通過率較低的項目。本文針對某純電動汽車電池包進行擠壓仿真分析，對電池箱的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，從而提高電池包的抗擠壓強度，保證了電池包的安全性。電池包擠壓仿真，可為電池系統(tǒng)的安全設(shè)計提供有益參考。電池包采用 CATIA進行三維建模，其模型如圖1所示。電池包長1465mm，寬960mm，高270mm。箱蓋由DC06鋼材沖壓成型，箱體為壓鑄一體成型，材料為ZL104。箱體設(shè)有11個固定點與車體連接。經(jīng)過估算，整個電池箱約重410kg（包括電池、箱體、線束、BMS、接插件等）。為了更好地模擬電池包受擠壓后對電池模組、高低壓器件及 BMS的影響，建立有限元模型時將電池模組采用六面體網(wǎng)格劃分，高低壓器件及BMS采用四面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸在(5-10)mm之間。箱體鈑金件進行抽中面處理，對中面中存在的殘缺破面進行修補。對箱體中的倒角、小孔等進行適當(dāng)?shù)膸缀魏喕?，采用四面體單元對箱體模型進行劃分，單元尺寸取8mm，整個模型共劃分523320個單元、280658個節(jié)點。壓頭及擋板設(shè)為剛體，壓頭半徑75mm，長度1000mm，X向、Y向擠壓模型分別如圖2、圖3所示。電池模組、高低壓器件、 BMS及SMC箱蓋均采用彈性材料模型，下箱體及模組固定支架等鈑金件，采用彈塑性材料模型。各零部件材料的力學(xué)性能參數(shù)，見表1所示。將剛性墻的 3個平動和3個轉(zhuǎn)動自由度進行約束，壓頭 除釋放擠壓方向的平動自由度外，對其余 5個自由度進行全部約束。國標(biāo)規(guī)定擠壓力達到200kN或擠壓變形量達到擠壓方向整體尺寸的30%時停止擠壓，并保壓10min。為了能夠快速求解，設(shè)置總的計算時間為0.12s，載荷通過SmoothStep幅值曲線進行施加。擠壓力加載曲線見圖4。圖 5為電池包X向擠壓后的位移云圖，箱體最大位移65.1mm，箱體已經(jīng)和BDU(高壓盒)發(fā)生接觸，有發(fā)生短路的風(fēng)險；圖6為電池包X向擠壓后箱體的應(yīng)力云圖，箱體最大應(yīng)力為185MPa，已接近ZL104的抗拉強度，電池包發(fā)生破壞的風(fēng)險較大。由圖 1可知，電池包初始模型吊耳設(shè)計成斜面狀，吊耳上寬下窄，直接擠壓箱體下部會導(dǎo)致箱體向上滑動，不能有效擠壓到箱體，因此Y向擠壓時擠壓吊耳的上部位置。圖7為電池包Y向擠壓后的位移云圖，箱體最大位移123.6mm，箱體已經(jīng)和電池模組發(fā)生接觸，擠壓到電池的可能性較大；圖8為電池包Y向擠壓后箱體的應(yīng)力云圖，箱體最大應(yīng)力為194MPa，已接近ZL104的抗拉強度，電池包發(fā)生破壞的風(fēng)險較大。電池包箱體優(yōu)化后的模型見圖 9所示，電池模組內(nèi)部排布發(fā)生變化但固定點位置及重量不變。箱體吊耳由原來的斜面改成直面，增大箱體與剛性墻的接觸面積，這也有利于提升車輛的碰撞性能。本次仿真時壓頭擠壓吊耳的下部平面位置。6.2.1優(yōu)化模型X向擠壓結(jié)果分析優(yōu)化模型 X向擠壓后箱體變形較小，最大位移1.8mm，見圖10所示；圖11為電池包X向擠壓后箱體的應(yīng)力云圖，箱體的最大應(yīng)力為136MPa，未超過ZL104的抗拉強度，電池包發(fā)生破壞的風(fēng)險小。6.2.2優(yōu)化模型Y向擠壓結(jié)果分析優(yōu)化模型 Y向擠壓后箱體變形較小，最大位移14.6mm，見圖12所示；圖13為電池包Y向擠壓后箱體的應(yīng)力云圖，箱體最大應(yīng)力為175MPa，小于ZL104的抗拉強度，電池包發(fā)生破壞的風(fēng)險小。通過對電池包進行擠壓分析，得到了電池包在擠壓過程中的位移及應(yīng)力分布情況，提前發(fā)現(xiàn)電池包結(jié)構(gòu)強度存在的問題，通過對電池包進行優(yōu)化設(shè)計，降低電池包擠壓實驗通過的風(fēng)險，為電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計提高有益參考。
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