一种基于单胞吸能结构的电池包系统及其设计方法

本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种基于单胞吸能结构的电池包系统及其设计方法。

背景技术：

1、源于电动汽车本身的环保和技术优点，电动汽车在市场中的份额每年都在上升。承担着电动汽车的动力输出职责的电池包系统的安全问题广受关注。考虑到越来越多样化的车辆行驶环境，正面碰撞会严重损害电池包系统的机械安全性能，严重时还会引发起火、爆炸等安全事故，对电动汽车的驾驶安全有着严重的威胁。而且，为了在车内提供更多的空间，电池包系统往往被安装在电动汽车的底部，这更加减小了离地的间隙，使电池包系统发生正面碰撞的可能性加大。

2、作为纯电动汽车以及混合动力汽车动力来源的电池包系统，其结构主要包含电池模组、上壳、底壳、连接支架、竖梁/边、横梁/边、长/短支架、吊耳等部件。针对一款几何特征已确定的电池包系统，其正面碰撞时的机械安全性能主要由电池包前端的防撞结构及底壳的厚度决定。而现有的电池包防撞结构存在着缓冲能力有限，质量大等问题，无法兼顾轻量化与高吸能的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于单胞吸能结构的电池包系统及其设计方法。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于单胞吸能结构的电池包系统，包括电池包系统、蜂窝吸能结构。

3、所述蜂窝吸能结构包括层压板i、层压板ii、蜂窝芯。

4、所述蜂窝芯夹在层压板i与层压板ii的中间。

5、所述蜂窝芯包括若干单胞单元，这些单胞单元组成蜂窝网状结构。

6、所述单胞单元包括若干微单元。这些微单元顺序连接，合围成内中空的封闭立体几何形状。

7、所述蜂窝吸能结构固定粘贴在电池包系统的底壳侧壁。

8、进一步，所述单胞单元的截面形状为对边距为l的正六角形。

9、所述微单元的截面形状为对边距为lg的正六角形，其中，lg＜l。

10、一种对上述电池包系统的设计方法，包括以下步骤：

11、1)建立单胞吸能结构的cad模型以及有限元模型。

12、2)建立电池包系统的有限元模型及障碍物模型。

13、3)在不安装单胞吸能结构的情况下，测试电池包系统正面撞击障碍物时，电池包系统有限元模型的下壳体应力与变形量。

14、4)在安装单胞吸能结构的情况下，测试电池包系统正面撞击障碍物时，电池包系统有限元模型的下壳体应力与变形量。

15、5)比较在有无安装单胞吸能结构的情况下，电池包系统有限元模型的下壳体应力变化与变形量变化，并判断应力变化与变形量变化是否满足要求，若否，则更改电池包系统的参数，并返回步骤1)。

16、所述电池包系统的参数包括吸能结构的壁厚、单胞单元的对边距l和微单元的对边距lg。

17、进一步，所述建立单胞吸能结构的cad模型以及有限元模型的步骤包括：

18、1.1)建立基于单胞单元的蜂窝吸能结构的cad模型。

19、1.2)基于蜂窝吸能结构的cad模型和选定的单胞吸能结构的材料，建立单胞吸能结构的有限元模型。

20、进一步，所述单胞吸能结构的材料包括铝合金、吸能复合材料。

21、所述吸能复合材料包括碳化硅纤维、纳米复合材料。

22、进一步，所述建立电池包系统的有限元模型的步骤包括：

23、2.1)根据电池包系统外壳的几何特征和材料属性，建立外壳的有限元模型。

24、2.2)根据电池包系统中电池模组的几何特征和材料属性，建立电池模组的有限元模型。

25、2.3)根据电池包系统中不同组件间的紧固方式，将外壳的有限元模型和电池模组的有限元模型连接耦合为电池包系统的有限元模型。

26、进一步，所述根据电池包系统外壳的几何特征和材料属性，建立外壳的有限元模型的步骤包括：

27、2.1.1)获取电池包系统外壳的几何特征和材料属性。

28、2.1.2)根据获取的数据定义外壳的有限元模型的参数，建立外壳的有限元模型。

29、进一步，所述根据电池包系统中电池模组的几何特征和材料属性，建立电池模组的有限元模型的步骤包括：

30、2.2.1)根据电池模组的几何结构，建立电池模组的cad模型。

31、2.2.2)匀质化处理电池模组的材料属性。

32、2.2.3)利用匀质化处理后的材料参数定义电池模组cad模型的材料属性，建立电池模组的有限元模型。

33、进一步，步骤3)和步骤4)中，障碍物固定不动。

34、进一步，所述测试电池包系统正面撞击障碍物的撞击位置为电池包系统下壳体前端的中部。

35、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提供的一种基于单胞吸能结构的电池包系统解决了电池包系统正面碰撞时，底壳受损严重，以及现有防撞结构无法兼顾轻量化与高吸能的问题。

36、本发明基于草茎的微观结构对传统蜂窝单胞进行了优化，设计出了兼顾轻量化与高吸能需求的电池包防撞结构，通过建立蜂窝结构与电池包系统的有限元模型，可使用数值分析判断蜂窝结构对电池包系统耐撞性的提升程度，降低了真实实验验证的成本。

技术特征：

1.一种基于单胞吸能结构的电池包系统，其特征在于，包括电池包系统(1)、蜂窝吸能结构(2)；

2.根据权利要求1所述的一种基于单胞吸能结构的电池包系统，其特征在于，所述单胞单元(2031)的截面形状为对边距为l的正六角形；

3.一种对权利要求1至2任一项所述电池包系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述建立单胞吸能结构的cad模型以及有限元模型的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述单胞吸能结构的材料包括铝合金、吸能复合材料；

6.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述建立电池包系统的有限元模型的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述根据电池包系统外壳的几何特征和材料属性，建立外壳的有限元模型的步骤包括：

8.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述根据电池包系统中电池模组的几何特征和材料属性，建立电池模组的有限元模型的步骤包括：

9.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，步骤3)和步骤4)中，障碍物固定不动。

10.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述测试电池包系统正面撞击障碍物的撞击位置为电池包系统下壳体前端的中部。

技术总结
一种基于单胞吸能结构的电池包系统及其设计方法，系统包括：电池包系统、蜂窝吸能结构；方法包括：1)建立单胞吸能结构的CAD模型以及有限元模型；2)建立电池包系统的有限元模型及障碍物模型；3)在有无安装单胞吸能结构的情况下，测试电池包系统正面撞击障碍物时，电池包系统有限元模型的下壳体应力与变形量；4)比较在有无安装单胞吸能结构的情况下，下壳体应力变化与变形量变化，并判断所述变化是否满足要求，若否，则更改参数，并返回步骤1)。本发明设计了兼顾轻量化与高吸能需求的电池包防撞结构，通过建立蜂窝结构与电池包系统的有限元模型，利用数值分析判断蜂窝结构对电池包系统耐撞性的提升程度，降低了真实实验验证的成本。

技术研发人员：潘勇军,李若旭
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15