电动汽车动力电池振动疲劳性能优化

    0 引言

    随着越来越严重的能源消耗，环境污染等一系列问题，电动汽车的需求及销售量越来越 大。据中汽协数据统计，2016年新能源汽车生产51.7万辆，销售50.7万辆，均实现50% 以上的同比增幅。而随着电动汽车的存量增加，电动汽车安全事故明显增多，成为关注热点； 据统计，2016年全球电动汽车发生起火事故35起，其中我国发生安全事故29起，涉及 电动车合计40辆；我国电动汽车2016年事故数是2015年（14起）的2倍多，安全性能 必须作为电动汽车设计中最重要问题考虑。

    动力电池是电动汽车安全相关重要部件，动力电池安全性能是电动汽车安全性能的重中 之重。为保证动力电池安全，国内外制定了一系列动力电池相关技术法规；相关技术法 规(例如 ISO12405-3，IEC 62660，ECER100.2，SAEJ2929，UL 2580，GB/T 31467.3等)，对动力电池振动性能及其试验测试都做出相关规定。

    动力电池振动性能法规基于整车应用角度出发，对电池系统因车辆正常行驶所受振动载 荷下的安全性能进行考察。对于动力电池振动性能，可采用试验方法进行分析优化，国 际上也存在较成熟的数值仿真方法进行模拟分析。由于CAE仿真可以在动力电池样件制 造出之前对其振动能否达到要求进行预估计算，近期在国内动力电池设计中作为有效验证手 段得到应用。

    某电动汽车设计开发过程中，其动力电池无法借用成熟资源，需重新开发。动力电池振 动性能参考GB/T 31467.3标准进行仿真，分析结果发现电池上箱体存在振动疲劳风险。对 风险位置进行分析后，使用形貌优化方法对上箱体进行优化计算，得到上箱体优化方向；参 考形貌优化结果对上箱体设计更改后，上箱体第一阶模态频率提高62.1%，振动疲劳性能 提高至2e8以上，风险消除。

    1 理论基础

    1.1 振动疲劳

    1981年Valani利用内时理论推导了结构疲劳寿命与加载频率之间的关系，1993年毛 罕平和陈翠英推导了全面反映加载频率影响的裂纹扩展速率公式。随后Dimarogona和他的 研宄生系统研宄了共振条件下结构疲劳裂纹扩展机制，Dentsora和Kouvaritaki系统分析 了激励频率对共振条件下聚合物材料疲劳裂纹扩展寿命的影响，Colakoglu推导了疲劳裂纹 萌生寿命与结构阻尼变化的关系。而随着计算机仿真分析技术的发展，已有多种CAE软件 实现了振动疲劳模块化分析功能。

    振动疲劳与一般疲劳在载荷、响应、计算方法等方面存在不同特点，导致振动疲劳寿命 分析与一般循环疲劳寿命分析具体步骤上存在巨大不同。振动疲劳分析可分为时域分析法和 频域分析法。一个典型的频域分析法结构振动疲劳寿命分析需如图所示步骤完成。