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电动车电池箱连接可靠性分析

2022-12-20 969
随着新能源汽车的不断发展,暴露出的产品问题也在不断增多。其中作为新能源汽车的重要组成部件-电池包,其对应的电池箱体的连接可靠性分析显得尤为重要。本案例从三个方面分析电池箱体的连接可靠性,分别为电池箱整体模态以及随机振动分析,其次是随机振动中螺栓松动分析,最后是焊点的随机振动疲劳寿命分析。首先,通过有限元工具将电池箱进行有限元建模,其中单元类型为壳单元,螺栓连接采用RBE2-CBEAM-RBE2的形式,焊点采用ACM2的焊点模型。此连接方式可以有效的模拟螺栓以及焊点连接。

1、电池箱动态性能分析车辆在起步时的急加速、刹车时的紧急制动、过坑洼地带时的上下颠簸情况,对车辆的稳定性有一定要求。动态性能分析主要包括模态分析,频响分析,频谱分析,随机振动分析,考察动力电池的抗振性能。

提取了前6阶自由模态和约束模态的固有频率和振型,而路面激励主要集中在低频区,其中提取的一阶固有频率不在路面激励频率范围内,满足条件。同时,按照动力电池包随机振动的国家标准,电池箱体随机振动应力值满足要求。

2、螺栓松动分析在循环载荷作用下螺栓连接的自松弛仅次于疲劳破坏。因此,预测螺栓连接的振动松动对电池组的可靠性来说不容忽略。本案例通过以下两种方法评估螺栓振动松动。1)、在随机振动环境中,通过螺杆预紧力衰减来反映螺栓松动状态。根据螺杆拉伸应力与预紧力换算公式,采用Beam单元模拟螺杆,通过计算单元轴向应力功率谱密度RMS值,就能间接反映出螺栓中预紧力大小变化。RMS值越小,表明螺栓预紧力变化越小,振动松动风险越低。

2)、当螺栓出现振动松弛时,由于接触间隙导致接触面的碰撞,螺栓的预紧力大小随之改变,导致螺杆的长度也在变化,在软件中螺杆的长度变化时通过CBEAM螺杆模拟单元的应变能值变化反映。依据谐波失真度评价结果,随机振动环境中螺杆单元应变能值与松动风险性成正相关,因此,可以把螺杆单元应变能值作为螺栓松动风险评估参数。应变能较高时,表明螺栓振动松弛的风险较高。

3、焊点的随机振动疲劳寿命分析在车身连接中,由于焊接的特性,振动环境中焊点周围易出现应力集中,产生疲劳破坏,同时降低系统结构的抗振性,造成不良后果。因此,在点焊结构设计初期阶段,利用有限元方法和疲劳分析理论对焊点的疲劳寿命进行预测,并及时调整和优化实际点焊的数量和方式,以提升结构的抗振性和可靠性,同时并降低成本。
通过Miner疲劳分析损伤理论和随机振动疲劳分析方法,把随机振动分析结果作为疲劳分析的输入,结合材料 S-N 曲线和加速度功率谱密度曲线,用疲劳软件对电池箱焊点进行疲劳寿命和损伤预测分析,分析得到三个方向的焊点疲劳寿命和损伤均满足国家标准要求。本案例以电动车电池箱为主体,根据车辆受到的随机振动激励,用有限元软件进行模态分析和随机振动分析,通过提取螺栓的两项分析值对螺栓振动松动风险性进行评估,找出松动风险较高的螺栓。然后基于随机振动分析结果,结合S-N曲线和加速度功率谱密度值,利用疲劳分析软件分别对电池箱 XYZ 三个方向的焊点进行疲劳寿命和损伤预测分析。得到的结果对帮助企业评估风险,降低成本起到关键作用。

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