王志浩 赵晓丽

摘   要：电动汽车中动力电池包是影响其使用寿命以及性能的关键因素。电池包结构设计形式直接決定了其结构强度。本文采用基于PSD振动疲劳分析理论，对某一车型电池包进行疲劳寿命影响因素分析，并根据分析结果对电池包结构进行优化设计，在一定程度上提高电池包的使用寿命。

关键词：频率响应疲劳分析  振动疲劳分析  结构优化设计

中图分类号：U469.72                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0078-02

随着汽车工业的不断发展，具有“节能减排”特色的电动汽车得到了迅速应用和大规模推广。而动力电池包作为电动汽车的动力来源，其结构设计需要满足多变运行环境和行驶工况下车体工作的安全性和可靠性要求。这就需要动力电池包具有一定的结构强度和刚度。本文采用基于PSD振动疲劳分析理论[1]，对某一车型电池包进行疲劳强度分析，得出影响其强度的主要因素，并对此采取相应措施，进行结构优化设计，在一定程度上提高电池包的使用寿命。

1  模型描述

本次分析采用Abaqus线性求解器，ncode疲劳分析软件。分析模型为电池包各组件，模型用8×8壳网格划分，材料均为线性材料，电池包总重为260.3kg。

2  分析工况

频率响应分析如下。

（1）约束模态分析（STEP1）：约束电池包安装点共有6个自由度，计算在约束状态下电池包在0～500Hz的频率。

（2）频率响应分析（STEP2）：在STEP1的基础上分别对整体电池包施加X、Y、Z方向上的单位加速度载荷（1mm/s2）。

振动疲劳分析：本次分析先对电池包分别进行X、Y、Z方向上的频率响应分析，得出电池包的响应函数，然后在ncode里面以频率响应分析结果为基础，加上PSD、材料SN曲线进行疲劳分析，算出各个方向下的疲劳结果，然后对各个方向下的疲劳结果进行叠加，合成结果保存成fer格式，在ncode里面studio模板下进行观看。

分析标准：本次分析振动疲劳采用美国标准（SAE J2380-2009）。

3  分析数据结果

Z方向单位频率响应力云图如图1、图2所示。

电池包总的疲劳损伤云图如图3至图4所示。

4  结论及措施

通过模型实验分析结果，可以得到如下结论。

（1）频率响应在35.79Hz时，上壳体应力最大值为0.146MPa，位于拐角处，可能出现断裂情况。

（2）频率响应在27.47Hz时，应力集中出现在拐角处和过渡区域，可能出现断裂情况。

（3）电池包在垂向振动时疲劳强度破坏较大，有些区域甚至超过了材料的抗拉极限。疲劳破坏主要集中在电池安装支架上。这是由于电池包下壳体缺少横梁加强板所导致。

对此，可以采取如下措施来对结构进行优化[3]，从而达到减小应力集中、增加强度和刚度的效果。

对于频域响应分析结果如下。

在拐角处上壳体上面增加一厚度为1mm的加强板。

（1）将过渡区域磨平。

（2）在底盘可以做一个搭接梁，提高强度。

对于振动疲劳分析结果如下。

可以采取在下壳体上增加横梁结构、改进电池包安装点以增加其强度和刚度。

5  结语

综上所述，电池包的结构设计会很大程度上影响其强度、刚度，从而影响动力汽车电池包的使用寿命。本文从频域分析和振动疲劳分析两方面展开讨论，得出影响电池包结构强度的因素并提出相应解决措施，以便于更好地对电池包结构进行优化设计。

参考文献

[1] 王文伟，程雨婷，姜卫远，等.电动汽车电池箱结构随机振动疲劳分析[J].汽车工程学报，2016，6（1）：10-14.

[2] 苏阳，杨涛，鄂世园，等.电动车电池包振动疲劳分析[J].汽车实用技术，2016，2（2）：109-110.

[3] 王力，邓雄志，陈家设.基于结构优化的混合动力轿车电池包模态特性改进[J].上海汽车，2014（6）：3-7.