电池包振动疲劳的分析方法及装置与流程

1.本发明涉及电动汽车电池技术领域，尤其涉及一种电池包振动疲劳的分析方法及装置。


背景技术：

2.电池包装配在整车上，受到来自地面、动力系统和其他振源的激励，具有足够的振动疲劳性能是保证其功能的前提。电池包振动疲劳台架试验是检验其振动疲劳寿命的常用手段，电池包在振动试验台上经过特定方向、时间和幅度的振动，检测其结构是否有裂纹出现，判定产品性能是否合格。
3.电池包振动疲劳台架试验，只能在有了样品后才能进行，且每次的试验不能反馈出所有的风险位置。需要大量的样件、试验，严重影响到开发周期。电池包振动疲劳的数值仿真分析方法不受限于样件，通过建立振动试验台和电池包的仿真模型，利用专业软件求解，进而对结果进行处理，得到整个电池包的损伤分布，可以全面的评估结构的疲劳性能，缩短开发周期。
4.但是，目前的电池包振动疲劳台架试验，存在的问题是振动疲劳试验仅能指出寿命最低的位置在哪里，无法给出不满足疲劳寿命的全部位置，需要依赖大量的样品，试验的效率很低。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种电池包振动疲劳的分析方法及装置。
6.本发明实施例提供一种电池包振动疲劳的分析方法，包括：获取电池包结构信息，根据所述结构信息建立电池包的三维几何模型，并将所述三维几何模型离散成网格单元；获取所述电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；将所述三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过所述有限元模型输出对应的响应向量；根据所述材料信息，结合预设场景数据，定义所述电池包的疲劳参数；通过所述响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将所述疲劳评估结果与所述疲劳参数进行对比，得到所述电池包中的不合格区域。
7.在其中一个实施例中，所述方法还包括：接收到时间点能源分析要求时，获取所述时间点的电器损耗、风阻损耗、传动损耗、制动回收能量，结合所述时间点的总能耗，生成所述时间点的能流图。
8.在其中一个实施例中，所述方法还包括：通过以下理论方程求解对应的响应向量：
其中，分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、力向量和响应向量。
9.在其中一个实施例中，所述方法还包括：所述电池包上壳体采用壳网格，电池包模组采用实体网格；电池包下壳体根据所述三维几何模型中面的宽高比确定采用壳网格或是实体网格。
10.在其中一个实施例中，所述方法还包括：查找所述三维几何模型中重复或不连续的多余几何模型，删除所述多余几何模型。
11.在其中一个实施例中，所述方法还包括：设定模态计算范围、激励方向和大小、输出范围和间隔、约束条件和模型阻尼。
12.在其中一个实施例中，所述场景数据，包括：预设设置中的事件处理方法、应力组合方法、多轴应力评估方法、存活率、应力梯度修正。
13.本发明实施例提供一种电池包振动疲劳的分析装置，包括：第一获取模块，用于获取电池包结构信息，根据所述结构信息建立电池包的三维几何模型，并将所述三维几何模型离散成网格单元；第二获取模块，用于获取所述电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；输入模块，用于将所述三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过所述有限元模型输出对应的响应向量；定义模块，用于根据所述材料信息，结合预设场景数据，定义所述电池包的疲劳参数；输出模块，用于通过所述响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将所述疲劳评估结果与所述疲劳参数进行对比，得到所述电池包中的不合格区域。
14.在其中一个实施例中，所述装置还包括：求解模块，用于通过以下理论方程求解对应的响应向量：其中，分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、力向量和响应向量。
15.本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述电池包振动疲劳的分析方法的步骤。
16.本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该
计算机程序被处理器执行时实现上述电池包振动疲劳的分析方法的步骤。
17.本发明实施例提供的电池包振动疲劳的分析方法及装置，获取电池包结构信息，根据结构信息建立电池包的三维几何模型，并将三维几何模型离散成网格单元；获取电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；将三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过有限元模型输出对应的响应向量；根据材料信息，结合预设场景数据，定义电池包的疲劳参数，通过响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将疲劳评估结果与疲劳参数进行对比，得到电池包中的不合格区域。这样能够将有限元法运用于电池包振动疲劳过程的分析，规避了传动台架试验对样品的依赖，减少开发过程中样品的数量，提高设计效率，节约研发成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中电池包振动疲劳的分析方法的流程图；图2为本发明实施例中电池包振动疲劳的分析装置的结构图；图3为本发明实施例中电子设备结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.图1为本发明实施例提供的电池包振动疲劳的分析方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种电池包振动疲劳的分析方法，包括：步骤s101，获取电池包结构信息，根据所述结构信息建立电池包的三维几何模型，并将所述三维几何模型离散成网格单元。
22.获取电池包结构信息，并建立电池包的三维几何模型，其中，电池包结构信息用于导入后续的有限元模型中进行计算，其中电池包模型导入的步骤包括：将包括上壳体、模组、冷板和下壳体的电池包三维几何模型导入有限元软件。在电池包振动疲劳仿真分析中由于接插件、线束、模组上盖板、绝缘膜、卡扣等部件的质量较小，对电池包的疲劳寿命影响较小且极大的增加了建模的难度，在建模时均不考虑，以便减少计算量增加计算效率。
23.并将三维几何模型离散成网格单元，具体步骤包括：将三维几何模型离散成一定类型和大小的网格单元。电池包上壳体采用壳网格；模组采用实体网格；下壳体根据三维几何模型中面的宽高比确定采用壳网格或是实体网格。网格需要满足特定的网格质量标准。
24.另外，在模型导入有限元模型后，还可以进行几何清理，步骤包括：三维几何模型的建模规则不能完全符合有限元软件的要求，会出现多余的点、线、面和体，不连续的面、重复的几何等，导致后续的网格划分难以进行。在模型导入后要进行几何清理。
25.步骤s102，获取所述电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载。
26.具体地，获取电池包的材料信息，其中电动汽车的材料信息一般为弹塑性、各向同性材料。可以还可以设置材料参数，包括弹性模量、泊松比和密度。并设置有限元模型的边界条件和荷载，具体包括：步骤1：设定模态计算范围：设定模态计算截止频率为400hz；步骤2：设定激励方向和大小：在振动台位置，分别施加单方向的激励，大小为单位加速度；步骤3：设定输出范围和间隔：输出的范围为5
‑
200hz，以共振频率为中心点前后间隔5hz各取一个输出点；步骤4：约束条件：模拟刚性试验台，约束全部自由度；步骤5：模型阻尼：为模型添加因材料、摩擦产生的阻尼，设定临界阻尼为0.06。
27.步骤s103，将所述三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过所述有限元模型输出对应的响应向量。
28.具体地，将三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过理论方程如下：其中，分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、力向量和响应向量，求解系统的响应向量。
29.步骤s104，根据所述材料信息，结合预设场景数据，定义所述电池包的疲劳参数。
30.具体地，基于电池包振动疲劳为高周疲劳，定义电池包材料的抗拉极限，根据材料信息中的抗拉极限分析电池包的疲劳性能，结合预设的场景数据，对疲劳性能进行修正，得到电池包的疲劳参数，其中，预设的场景数据包括预设设置中的事件处理方法、应力组合方法、多轴应力评估方法、存活率、应力梯度修正，通过预设的场景数据对疲劳性能修正的过程可以为，针对不同的场景数据，对应的疲劳参数的影响比重各不相同，比如，当事件处理方法中要求的电池包所在地温度较高（大于正常温度20℃）时，则对疲劳参数的影响比重随着温度的升高而升高，根据比重结合电池包的疲劳性能，可以得到电池包的疲劳参数。
31.步骤s105，通过所述响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将所述疲劳评估结果与所述疲劳参数进行对比，得到所述电池包中的不合格区域。
32.具体地，通过有限元模型输出的响应向量，结合psd荷载进行疲劳分析，输出对应的疲劳评估结果，其中，疲劳评估结果为对电池包各个部位（上壳体、模组、冷板和下壳体）的评估结果，将疲劳评估结果与疲劳参数进行对比，当疲劳评估结果超过疲劳参数时，说明电池包的对应部位出现疲劳的情况，进而得到电池包中的不合格区域。
33.本发明实施例提供的一种电池包振动疲劳的分析方法，获取电池包结构信息，根据结构信息建立电池包的三维几何模型，并将三维几何模型离散成网格单元；获取电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；将三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过有限元模型输出对应的响应向量；根据材料信息，结合预设场景数据，定义电池包的疲劳参数，通过响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将
疲劳评估结果与疲劳参数进行对比，得到电池包中的不合格区域。这样能够将有限元法运用于电池包振动疲劳过程的分析，规避了传动台架试验对样品的依赖，减少开发过程中样品的数量，提高设计效率，节约研发成本。
34.图2为本发明实施例提供的一种基于车载单元的防盗刷装置，包括：第一获取模块s201、第二获取模块s202、输入模块s203、定义模块s204、输出模块s205，其中：第一获取模块s201，用于获取电池包结构信息，根据所述结构信息建立电池包的三维几何模型，并将所述三维几何模型离散成网格单元。
35.第二获取模块s202，用于获取所述电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载。
36.输入模块s203，用于将所述三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过所述有限元模型输出对应的响应向量。
37.定义模块s204，用于根据所述材料信息，结合预设场景数据，定义所述电池包的疲劳参数。
38.输出模块s205，用于通过所述响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将所述疲劳评估结果与所述疲劳参数进行对比，得到所述电池包中的不合格区域。
39.在一个实施例中，装置还可以包括：求解模块，用于通过以下理论方程求解对应的响应向量：其中，分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、力向量和响应向量。
40.在一个实施例中，装置还可以包括：删除模块，用于查找所述三维几何模型中重复或不连续的多余几何模型，删除所述多余几何模型。
41.在一个实施例中，装置还可以包括：设定模块，用于设定模态计算范围、激励方向和大小、输出范围和间隔、约束条件和模型阻尼。
42.关于电池包振动疲劳的分析装置的具体限定可以参见上文中对于电池包振动疲劳的分析方法的限定，在此不再赘述。上述电池包振动疲劳的分析装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
43.图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、存储器(memory)302、通信接口(communications interface)303和通信总线304，其中，处理器301，存储器302，通信接口303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器302中的逻辑指令，以执行如下方法：获取电池包结构信息，根据结构信息建立电池包的三维几何模型，并将三维几何模型离散成网格单元；获取电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；将三维几何模型、材料信息、边界条件和荷
载输入有限元模型，通过有限元模型输出对应的响应向量；根据材料信息，结合预设场景数据，定义电池包的疲劳参数，通过响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将疲劳评估结果与疲劳参数进行对比，得到电池包中的不合格区域。
44.此外，上述的存储器302中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read
‑
only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
45.另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：获取电池包结构信息，根据结构信息建立电池包的三维几何模型，并将三维几何模型离散成网格单元；获取电池包的材料信息，并设定模型的边界条件和荷载；将三维几何模型、材料信息、边界条件和荷载输入有限元模型，通过有限元模型输出对应的响应向量；根据材料信息，结合预设场景数据，定义电池包的疲劳参数，通过响应向量，结合psd荷载， 输出对应的疲劳评估结果，并将疲劳评估结果与疲劳参数进行对比，得到电池包中的不合格区域。
46.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
47.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。