基于精细化模型的电池箱静强度分析及优化设计

冷晓伟， 戴作强， 郑莉莉， 任可美， 田 野

(1.青岛大学 机电工程学院动力集成及储能系统工程技术中心， 山东 青岛 266071；2.青岛赛普克有限元科技发展有限公司， 山东 青岛 266101)

电池箱是电动汽车的核心部件之一，设计高强度、高刚度、高安全性、高轻量化的电池箱[1]，对电动汽车的发展具有重要意义。相关文献为电池箱的强度分析和结构优化提供了有益的参考，但是，这些研究大多是建立粗略的电池箱模型，采用均布载荷或质量点的形式进行加载，并没有考虑电池组的内部结构、电池组与箱体的接触非线性、BMS等电气附件对箱体变形的影响，力的传递路径与实际情况并不吻合[2-4]。相关研究表明，过于简化的电池箱模型会导致响应的严重失真，进而影响后续的结构优化。为了精确地分析电池箱箱体的结构响应，本文保留了电池组内部电芯、电芯压杆、螺柱等传力部件，建立了考虑电池组、托架、压板、加强板、紧固螺栓、BMS电气附件以及外壳的精细化模型。

1 电池箱精细化有限元模型

目前的研究大部分采用质量点模拟电池组，虽然建模速度快，计算时间少，但是电池组对箱体冲击力并不是均匀分布在箱体上，箱体变形并不符合实际。因此，有必要建立考虑电池箱内部电芯、托架及BMS等电气附件的精细化有限元模型。

某动力电池包由5组电池模组、托架、托脚、压板、加强板、紧固螺栓、BMS电气附件、箱体和箱盖等组成。电池组通过底板的横梁和纵梁固定，向上则由压板及螺栓固定，每一个电池组由16 Ah的三元材料电芯通过“13并3串”的方式构成，电池包的基本参数如表1所示。……