一种电池包支架轻量化设计方法与流程

本发明涉及一种电池包支架轻量化设计方法，属于新能源商用汽车。

背景技术：

1、随着新能源商用车对电池容量需求不断增加，电池包总成的数量及质量也不断增加，对支撑电池包的电池包支架提出较高的可靠性要求，从而促使电池包支架的尺寸及厚度不断增加满足强度要求。但电池包总成及支架的质量不断攀升，会造成标载货运场景下用户载货量的降低，直接降低用户的利润率。而对电池包支架轻量化设计，既可以减少企业的成本，又能提升用户的利润率，可以一举多得。目前电池包的材料性能参数难以获得，以至于仿真模型可信度较差，电池包及支架总成的轻量化设计区域无明确的范围及边界，拓扑优化、尺寸厚度优化后的重构设计难以匹配市场常用型材规格，造成优化效果不理想、反复迭代验证，优化分析后的结构规格差异化较大，不利于主机厂采购及组织生产。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池包支架轻量化设计方法，以实现电池包支架结构的轻量化，又能快速结合市场成熟板件规格方案，减少了后续方案的圆整和再迭代过程，节省了分析优化时间；

2、为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一种电池包支架轻量化设计方法，所述方法包括：

4、对电池包及支架装配总成进行模态测试，获取电池包及支架装配总成的实测模态频率及实测振型；

5、建立电池包及支架装配总成的有限元分析模型，并调整有限元分析模型，至计算电池包及支架总成的模态频率及振型与实测电池包实体结构性能一致，得到调整后的限元分析模型；

6、采用调整后的限元分析模型对电池包及支架装配总成进行性能分析，并计算电池包支架的基础性能分析结果；

7、根据电池包支架的结构形式将电池包支架划分总成区域；

8、根据电池包支架的基础性能分析结果以及电池包支架划分的总成区域，建立拓扑优化分析模型并计算得到拓扑结果；

9、根据拓扑结果结合市场结构的尺寸规格进行重构有限元分析模型；

10、基于重构的有限元分析模型，根据电池包支架划分总成区域进行尺寸优化分析，得到电池包支架厚度最优参数。

11、可选的，所述对电池包及支架装配总成进行模态测试，获取电池包及支架装配总成的模态频率及振型，包括：

12、对电池包及支架装配总成在整车状态下的安装模态测试，利用激振器激励电池包及支架装配总成，采集各测点的受迫振动加速度信号，对载荷信号处理得到总成的100hz以内的模态频率及对应的模态振型。

13、可选的，所述建立电池包及支架装配总成的有限元分析模型，并调整有限元分析模型至计算电池包及支架总成的模态频率及振型与实测电池包实体结构性能一致，得到调整后的限元分析模型，包括：

14、获取电池包的外轮廓模型，建立等同于外轮廓尺寸的电池包及支架装配总成的简化实体模型；

15、对简化实体模型进行参数设置；

16、调整简化实体模型中的电池包的弹性模量e值、电池包及支架总成的阻尼系数、水冷机组及配电系统质量单元的质心及水冷机组及配电系统的转动惯量，使得简化实体模型中的电池包及支架总成的模态频率与实测模态频率误差控制在2%以内、振型与实测振型一致，则得到调整后的限元分析模型。

17、可选的，所述对简化实体模型进行参数设置，包括：

18、对电池包本体进行称重，得到电池包本体的重量；

19、对简化实体模型的网格尺寸设为10mm，6面体网格单元的弹性模量设为e=800mpa，泊松比nu=0.3为初始值，调整密度值ρ至所述电池包本体的重量。

20、可选的，所述采用调整后的限元分析模型对电池包及支架装配总成进行性能分析，并计算电池包支架的基础性能分析结果，包括：

21、采集模态、制动、转向、垂向冲击的基本载荷数据；

22、基于调整后的限元分析模型，根据基本载荷数据计算得到电池包支架的基础性能分析结果。

23、可选的，所述电池包支架的基础性能分析结果包括：电池包及支架装配总成的一阶模态频率，制动、转向及垂向冲击下的最大位移。

24、可选的，所述根据电池包的结构形式将电池包支架划分总成区域，包括：

25、根据电池包支架各部件的功用，划分电池包支架总成为电池包安装层、电池包支架前后表面层、电池包支架侧表面层、电池包支架上下表面层及冷却系统安装层区域。

26、可选的，所述根据电池包支架的基础性能分析结果以及电池包的总成区域，建立拓扑优化分析模型并计算得到拓扑结果，包括：

27、建立电池包安装层、电池包支架前后表面层、电池包支架侧面层、电池包支架上下表面层及冷却系统安装层为拓扑设计区域的拓扑分析模型，结合电池包支架的基础性能分析结果，以电池包支架的一阶模态频率衰减百分比<5%，制动、转向及垂向冲击工况下的最大位移增加百分比<5%为约束条件，一阶模态频率及制动、转向及垂向冲击下的最大位移为响应，质量最小为目标，进行拓扑优化分析计算，得到拓扑优化分析结果。

28、可选的，基于重构的有限元分析模型，根据电池包支架划分总成区域进行尺寸优化分析，得到电池包支架最优参数，包括：

29、将重构的有限元模型中的前后表面层及侧面层的竖梁划分为主竖支撑梁、副竖支撑梁，电池包支撑层划分为主电池支撑梁、副电池支撑梁；

30、根据以电池包支架的一阶模态频率衰减百分比<5%，制动、转向及垂向冲击工况下的最大位移增加百分比<5%为约束条件，一阶模态频率及制动、转向及垂向冲击下的最大位移为响应，质量最小为目标，计算得到主竖支撑梁、副竖支撑梁以及主电池支撑梁、副电池支撑梁的厚度最优参数。

31、可选的，主支撑竖梁设置为同一部件，赋予同样的板厚及材料属性，副支撑竖梁设置为同一部件，赋予同样的板厚及材料属性，主电池支撑梁设置为同一部件，赋予同样的板厚及材料属性，副电池支撑梁设置为同一部件、赋予同样的板厚及材料属性，主冷却支撑梁设置为同一部件，赋予同样的板厚及材料属性，副冷却支撑梁设置为同一部件，赋予同样的板厚及材料属性，各板件的板厚变量设置为市场常用规格厚度的离散变量。

32、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

33、（1）电池支架的分析模型和试验经过对标调整，仿真精度更高；

34、（2）对电池支架的结构功用进行了分类，各分总成模块的结构一致，有利于生产批量化组装，提升了电池包支架总成的装配效率，降低了单一部件的人工成本；

35、（3）根据结构受载情况进行支架的主、副支撑结构设置，能够充分利用结构的受载差异化，匹配不同结构规格的部件，有利于达到更好的轻量化效果；

36、（4）仿真优化的过程中充分考虑了常用工艺型材规格因素，减少了后续方案的圆整和再迭代过程，仿真结果实用性更高；

37、综上所述：本发明能够在分析过程中充分考虑板件市场常用规格，减少了尺寸及形状的圆整过程，提升了优化效率；产品结构模块化分类分析及设计，有利于生产批量化组装，提升了电池包支架总成的装配效率，降低了单一部件的人工成本。