本發(fā)明屬于動力電池模組結(jié)構強度設計，具體涉及一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法。

背景技術：

1、當前動力電池管理系統(tǒng)(bms)一般設計在電池頂部或電池箱體內(nèi)部，由于設計在電池頂部不利于節(jié)省z向空間，影響車輛通過性，所以一部分動力電池將bms固定在動力電池箱體內(nèi)部，一般通過橫梁等結(jié)構與模組或單體分隔，如圖1所示。

2、當前傳統(tǒng)的設計方案是在液冷板上部焊接支架進行bms固定。優(yōu)點是便于bms支架的安裝和設計變更。一旦更改bms設計，連帶重新設計安裝支架即可。單是缺點是bms支架設計過薄弱有強度耐久風險，過厚重則有降低能量密度的可能。并且液冷板材料的力學性能較弱，焊接工藝和后續(xù)的振動損傷會帶來液冷板的破損風險。

3、同時，如果驗證下箱體橫梁不能承受電池單體膨脹帶來的強度風險，還需要單獨增加橫梁支撐結(jié)構，降低橫梁變形帶來的局部強度問題。

4、因此，集成上述需求，需要提供一種集成bsm支架功能，并綜合考慮強度性能的動力電池下箱體設計方法。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，是一種集成有限元建模、優(yōu)化、工藝結(jié)合等全維度標準化有限元作業(yè)流程，減少了設計工程師經(jīng)驗不足帶來的設計問題，解決了仿真工程師主觀性判斷帶來的計算結(jié)果離散度較大問題，統(tǒng)一判別標準，提升了仿真效率。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，包含以下步驟：

4、步驟一、局部結(jié)構和尺寸設計：

5、s1、縱向加強梁位置與基本尺寸設計；

6、s2、bms安裝孔設計：根據(jù)bms結(jié)構連接形式與連接件尺寸，設計下箱體加強縱梁安裝孔，并同時設置線束固定位置；

7、s3、根據(jù)模組膨脹工況下橫梁的受力變形和傳力路徑，優(yōu)化加強縱梁的結(jié)構形狀；

8、s4、根據(jù)模組膨脹工況下橫梁的受力變形和傳力路徑，優(yōu)化加強縱梁與橫梁的焊縫位置；

9、步驟二、有限元驗證：

10、s5、動力電池模組膨脹工況有限元模型建立，并進行材料屬性定義；

11、s6、建立動力電池各零部件間的連接關系；

12、s7、對有限元模型施加約束條件，動力電池固定點約束6方向自由度；

13、s8、進行膨脹力載荷工況下的靜強度分析，并對結(jié)構進行靜強度安全系數(shù)計算；

14、s9、評估下箱體結(jié)構并進行模型結(jié)構鎖定。

15、進一步地，所述步驟s1中，根據(jù)擬定的集成bms結(jié)構尺寸，設計局部下箱體加強縱梁的位置與寬度，保證縱向加強梁在正中間位置，并綜合考慮工藝可行性、承載能力和結(jié)構重量，確定加強梁的寬度大于等于35mm，并確保與貫通縱梁的間隙大于15mm。

16、進一步地，所述步驟s2中，所述安裝孔開孔形式如果為螺栓連接，開光滑通孔；如果為拉鉚連接，開孔與拉鉚件尺寸對應。

17、進一步地，所述步驟s3中，通過增大加強縱梁與橫梁接觸面積，并讓其向邊框方向逐漸減小，降低局部的應力集中，將載荷有效導到邊框。

18、進一步地，所述步驟s4中，加強梁上部焊縫位置選擇兩側(cè)保留5mm左右向內(nèi)焊接，焊縫長度20～30mm，下部焊縫選擇中間位置焊接，焊縫長度20～30mm。

19、進一步地，所述步驟s5中，對動力電池下箱體、液冷板、模組/電芯、鋁巴進行有限元劃分，縱向加強梁、下箱體橫縱梁和焊縫要求采用一階六面體單元劃分，單元尺寸不大于1.5mm；鋁巴采用彈塑性材料定義，電芯間回型框與緩沖墊采用超彈材料定義其壓縮曲線。

20、進一步地，所述步驟s6中，定義縱向加強梁與橫梁之間為接觸關系，接觸屬性為有限滑移；定義模組之間為有限滑移；其余位置按照真實的連接關系，分別定義小滑移和tie連接。

21、進一步地，所述步驟s7中，如果采用動力電池整體模型，定義約束固定點的1～6方向自由度；如果采用1/2或1/4模型，除約束固定點1～6方向自由度外，剖切截面也必須定義對稱約束。

22、進一步地，所述步驟s9中，評估下箱體結(jié)構，包括橫梁、焊縫、加強梁是否滿足強度要求；如果滿足要求，鎖定并輸出該結(jié)構設計；如果不滿組要求，重復步驟s3～s4，并重新進行有限元驗證。

23、進一步地，所述步驟s9中，如果縱向加強梁靜強度安全系數(shù)小于1，并且小于1的面積較大，則考慮對縱向加強梁進行加厚或加寬操作；如果安全系數(shù)小于1的位置比較集中，只涉及局部應力集中，則進行局部位置結(jié)構調(diào)整；如果焊縫結(jié)構靜強度安全系數(shù)小于1，則向遠離bms側(cè)移動焊縫結(jié)構1～3mm。

24、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

25、本發(fā)明提供了一種規(guī)范化和流程化的動力電池下箱體局部結(jié)構的強度設計方法，減少了設計工程師經(jīng)驗不足帶來的設計問題，降低了仿真工程師主觀性判斷帶來的計算結(jié)果離散度較大問題，統(tǒng)一判別標準，提升了仿真效率。

26、本發(fā)明有效的考慮了bsm固定和局部結(jié)構強度耐久性能，既節(jié)省空間布置，也節(jié)省材料和工序，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品降本。

27、本發(fā)明充分考慮結(jié)構力學傳遞路徑，優(yōu)化焊縫位置長度等工藝，并提出規(guī)范的設計方法，能夠有效指導后續(xù)同類設計。

技術特征：

1.一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，包含以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s1中，根據(jù)擬定的集成bms結(jié)構尺寸，設計局部下箱體加強縱梁的位置與寬度，保證縱向加強梁在正中間位置，并綜合考慮工藝可行性、承載能力和結(jié)構重量，確定加強梁的寬度大于等于35mm，并確保與貫通縱梁的間隙大于15mm。

3.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述安裝孔開孔形式如果為螺栓連接，開光滑通孔；如果為拉鉚連接，開孔與拉鉚件尺寸對應。

4.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s3中，通過增大加強縱梁與橫梁接觸面積，并讓其向邊框方向逐漸減小，降低局部的應力集中，將載荷有效導到邊框。

5.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s4中，加強梁上部焊縫位置選擇兩側(cè)保留5mm左右向內(nèi)焊接，焊縫長度20～30mm，下部焊縫選擇中間位置焊接，焊縫長度20～30mm。

6.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s5中，對動力電池下箱體、液冷板、模組/電芯、鋁巴進行有限元劃分，縱向加強梁、下箱體橫縱梁和焊縫要求采用一階六面體單元劃分，單元尺寸不大于1.5mm；鋁巴采用彈塑性材料定義，電芯間回型框與緩沖墊采用超彈材料定義其壓縮曲線。

7.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s6中，定義縱向加強梁與橫梁之間為接觸關系，接觸屬性為有限滑移；定義模組之間為有限滑移；其余位置按照真實的連接關系，分別定義小滑移和tie連接。

8.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s7中，如果采用動力電池整體模型，定義約束固定點的1～6方向自由度；如果采用1/2或1/4模型，除約束固定點1～6方向自由度外，剖切截面也必須定義對稱約束。

9.如權利要求1所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s9中，評估下箱體結(jié)構，包括橫梁、焊縫、加強梁是否滿足強度要求；如果滿足要求，鎖定并輸出該結(jié)構設計；如果不滿組要求，重復步驟s3～s4，并重新進行有限元驗證。

10.如權利要求9所述的一種集成bms支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，其特征在于，所述步驟s9中，如果縱向加強梁靜強度安全系數(shù)小于1，并且小于1的面積較大，則考慮對縱向加強梁進行加厚或加寬操作；如果安全系數(shù)小于1的位置比較集中，只涉及局部應力集中，則進行局部位置結(jié)構調(diào)整；如果焊縫結(jié)構靜強度安全系數(shù)小于1，則向遠離bms側(cè)移動焊縫結(jié)構1～3mm。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種集成BMS支架的動力電池下箱體局部結(jié)構強度設計方法，包含以下步驟：S1、縱向加強梁位置與基本尺寸設計；S2、根據(jù)BMS結(jié)構連接形式與連接件尺寸，設計下箱體加強縱梁安裝孔，并同時設置線束固定位置；根據(jù)模組膨脹工況下橫梁的受力變形和傳力路徑，優(yōu)化加強縱梁的結(jié)構形狀；根據(jù)模組膨脹工況下橫梁的受力變形和傳力路徑，優(yōu)化加強縱梁與橫梁的焊縫位置；動力電池模組膨脹工況有限元模型建立，并進行材料屬性定義；建立動力電池各零部件間的連接關系；對有限元模型施加約束條件，動力電池固定點約束6方向自由度；進行膨脹力載荷工況下的靜強度分析，并對結(jié)構進行靜強度安全系數(shù)計算；評估下箱體結(jié)構并進行模型結(jié)構鎖定。

技術研發(fā)人員：張醒國,蔡存朋,武斌,沈宇航,劉洋,白曉松,敖強,王文作,姚少科,周曉昱
受保護的技術使用者：中國第一汽車股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10