一种电池包箱体结构的优化方法技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，特别是一种电池包箱体结构的优化方法，包括：建立电池包箱体结构的CAE模型；计算电池包箱体结构的约束模态；对电池模组和上盖分别建立超单元模型；基于超单元模型对下箱体进行尺寸优化；本发明专利技术的优化方法将电池模组和上盖建立超单元模型，将电池模组和上盖定义为固定量，提升优化速率，缩短产品研发的周期，并且采用约束模态作为优化约束条件，将复杂工况进行简化，提升优化效率同时保证优化结果的可靠性。率同时保证优化结果的可靠性。率同时保证优化结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种电池包箱体结构的优化方法


[0001]本专利技术涉及电池
，特别是一种电池包箱体结构的优化方法。

技术介绍

[0002]以纯电动以及复合动力为主的新能源汽车由于具有低碳、环保、节能的特点，在现代汽车领域具有广阔的应用前景，在新能源汽车中，电池箱是最主要的动力来源，同时也为众多的电动辅助系统提供能量，因此，电池箱的可靠性、耐久性、安全性和工作效率指标直接关系到车辆的动力性能。设计电池箱结构的时候往往以挤压、振动、冲击性能指标为主要的开发依据，其中以电池箱的振动疲劳性能为最严苛的性能指标，其模态的性能直接影响到振动疲劳性能，因此，在电池包优化的过程中，模态优化极为重要。
[0003]目前基于CAE工具针对电池包进行模态优化的方法主要有以下几种：
[0004]1)经验优化：根据CAE分析的模态结果，结合工程师经验对结构进行优化。此方法效率低，且无法保证每种方案均能起到有利贡献作用，无法寻找最优解。
[0005]2)基于灵敏度分析的优化：以模态及重量为目标，先对箱体各部件厚度参数做灵敏度分析，挑选灵敏度高的部件进行加厚，挑选灵敏度低的部件进行减薄。经过多次手动试算，寻找一个较为合适的方案。此方法虽然能够精准找到需要优化的部位，但是无法找到最优解，且效率低下。
[0006]3)尺寸优化：以完整的电池包模型为分析对象，以各部件厚度为变量参数，变量设定为一定得取值范围，以重量、模态为优化的边界约束或者目标，借助CAE工具进行最优求解。此种方案虽然可以的到局部最优解，但是由于模型规模过大，导致优化效率极低，甚至无法满足工程开发周期。
[0007]4)简化模组的尺寸优化：为了提高优化效率，将模组的模型简化为一个质量点，此种方法可以极大的提高优化效率。但是，模组本身的结构刚度对电池包整体模态有很大影响，导致了简化模型优化求解精度不高甚至优化解是错误的。
[0008]5)DOE优化：以完整的电池包模型为分析对象，以各部件厚度为变量参数，基于设计变量进行DOE试验分析，从优化模型中拟合出一个最优解。此方法理论上可以求解到最优解，但是最优解的精度依赖于试验样本，良好的求解精度需要较高的试验样本数，导致效率极低。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种电池包箱体结构的优化方法，能够提升优化效率，有效地提升产品的研发效率，缩短研发周期。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种电池包箱体结构的优化方法，包括：
[0011]建立电池包箱体结构的CAE模型；
[0012]计算电池包箱体结构的约束模态；
[0013]对电池模组和上盖分别建立超单元模型；
[0014]基于超单元模型对下箱体进行尺寸优化。
[0015]进一步地，所述建立电池包箱体结构的CAE模型步骤包括：
[0016]对下箱体使用壳单元建模；
[0017]对上盖使用壳单元建模；
[0018]对电池模组使用等效均质材料的体单元建模或采用等效均质电芯加胶粘建模。
[0019]进一步地，在所述建立电池包箱体结构的CAE模型步骤中，所述电池模组与所述下箱体之间采用梁单元和/或rbe2单元和/或rbe3+solid+rbe3建模连接，所述上盖与所述下箱体之间采用梁单元和/或rbe2单元建模连接。
[0020]进一步地，所述计算电池包箱体结构的约束模态的步骤包括：
[0021]全约束电池包箱体结构的各个吊点，计算电池包箱体的约束模态；
[0022]计算模态的求解方式设置为前20阶或0
‑
80Hz；
[0023]进一步地，在计算电池包箱体的约束模态时使用AMSES加速求解，并且AMPFACT参数设置为10。
[0024]进一步地，所述对电池模组和上盖分别建立超单元模型步骤包括：
[0025]将电池模组和上盖设为固定量，使用CMS将电池模组和上盖分别创建为含有刚度矩阵、质量矩阵的超单元模型。
[0026]进一步地，在所述使用CMS将电池模组和上盖分别创建为含有刚度矩阵、质量矩阵的超单元模型步骤中包括：
[0027]以下箱体的螺栓连接点为边界，选定电池模组、上盖分别与下箱体连接的rbe2单元，选定的所述rbe2单元与下箱体连接的一端定义为ASET；
[0028]定义CMS的工况卡片，CMS类型定义为CBN，超单元模型的频率上限设置为200Hz；
[0029]定义超单元模型计算结果的格式为H3D；
[0030]定义仿真软件仅输出含有超单元部分的模型，得出超单元模型的刚度矩阵、质量矩阵结果。
[0031]进一步地，在所述使用CMS将电池模组和上盖分别创建为含有刚度矩阵、质量矩阵的超单元模型步骤中还包括：
[0032]定义除上盖超单元模型和电池模组超单元模型之外的单元为残余模型，残余模型通过关键字ASSIGN引用超单元模型的结果文件；
[0033]定义ASSIGN的类型为H3DDMIG；
[0034]所述残余模型所连接的rbe2节点编号与超单元模型里的ASET的节点编号一一对应。
[0035]进一步地，在所述基于超单元模型对下箱体进行尺寸优化步骤之前还有验证超单元模型合理性步骤，所述验证超单元模型合理性步骤包括：
[0036]对比超单元模型的刚度矩阵和质量矩阵对应与用非超单元方法建立的模型的刚度矩阵和质量矩阵的误差值是否小于或等于1％；
[0037]若刚度矩阵和/或质量矩阵的对比结果误差值大于1％，则调整超单元模型的截取频率至误差值小于或等于1％。
[0038]进一步地，所述基于超单元模型对下箱体进行尺寸优化步骤包括：
[0039]将下箱体的各部分厚度分别定义为变量；
[0040]所述变量定义为离散型，离散值为0.1；
[0041]设定优化目标；
[0042]将电池包箱体第一阶整体约束模态定义为优化约束条件；
[0043]优化求解，使用仿真软件进行变量的优化求解，全局迭代次数定义为30次。
[0044]进一步地，还包括优化结果工程化步骤：结合工艺、成本因素进行工程化处理，将优化求解的结果导入CAD软件中并输出优化方案。
[0045]进一步地，还包括工程化结果性能验证步骤：根据优化方案搭建模型并进行模态性能验证。
[0046]进一步地，上述电池包箱体结构的优化方法基于OptiStruct软件或NASTRAN软件实现。
[0047]本专利技术主要具有以下有益效果：本专利技术的优化方法将电池模组和上盖建立超单元模型，将电池模组和上盖定义为固定量，提升优化速率，缩短产品研发的周期，并且采用约束模态作为优化约束条件，将复杂工况进行简化，提升优化效率同时保证优化结果的可靠性。
附图说明
[0048]图1是本专利技术实施例的电池包箱体结构的优化方法的流程图；
[0049]图2是本专利技术实施例的下箱体单元模型的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，包括：建立电池包箱体结构的CAE模型；计算电池包箱体结构的约束模态；对电池模组和上盖分别建立超单元模型；基于超单元模型对下箱体进行尺寸优化。2.根据权利要求1所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，所述建立电池包箱体结构的CAE模型步骤包括：对下箱体使用壳单元建模；对上盖使用壳单元建模；对电池模组使用等效均质材料的体单元建模或采用等效均质电芯加胶粘建模。3.根据权利要求2所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，在所述建立电池包箱体结构的CAE模型步骤中，所述电池模组与所述下箱体之间采用梁单元和/或rbe2单元和/或rbe3+solid+rbe3建模连接，所述上盖与所述下箱体之间采用梁单元和/或rbe2单元建模连接。4.根据权利要求1所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，所述计算电池包箱体结构的约束模态的步骤包括：全约束电池包箱体结构的各个吊点，计算电池包箱体的约束模态；计算模态的求解方式设置为前20阶或0
‑
80Hz。5.根据权利要求4所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，在计算电池包箱体的约束模态时使用AMSES加速求解，并且AMPFACT参数设置为10。6.根据权利要求1所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，所述对电池模组和上盖分别建立超单元模型步骤包括：将电池模组和上盖设为固定量，使用CMS将电池模组和上盖分别创建为含有刚度矩阵、质量矩阵的超单元模型。7.根据权利要求6所述的一种电池包箱体结构的优化方法，其特征在于，在所述使用CMS将电池模组和上盖分别创建为含有刚度矩阵、质量矩阵的超单元模型步骤中包括：以下箱体的螺栓连接点为边界，选定电池模组、上盖分别与下箱体连接的rbe2单元，选定的所述rbe2单元与下箱体连接的一端定义为ASET；定义CMS的工况卡片，CMS类型定义为CBN，超单元模型的频率上限设置为200Hz；定义超单元模型计算结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学荣，付垚，向晋，李永伟，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：