基于ABAQUS的某輕卡電池包支架力學性能研究

龔安平

基于ABAQUS的某輕卡電池包支架力學性能研究

龔安平

（江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

某項目需設計不同電量和不同結構形式的新能源電動輕卡的電池包支架系統，采集了基礎車型實車加速度數據，并基于ABAQUS軟件，對三款電池包支架進行了強度分析，CAE分析結果表明三款電池包支架結構力學性能滿足設計要求。

輕卡；電池包支架；力學性能

引言

隨著中國制造2025及藍天保衛戰計劃的推廣，新能源汽車得到了快速發展，與此同時，伴隨著國民經濟及城市物流業快速發展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，其中電動輕卡的銷售也得到穩步提升。汽車需求量激增，帶來的石油燃料消耗的劇增，由此帶來了新能源汽車產業革命。汽車新四化驅動全行業必然會朝著電動化和智能化方向發展，純電動輕卡是指完全由動力蓄電池提供動力來源，由動力電池向電機提供能量，驅動電機帶動整車行駛。動力電池，作為新能源輕卡的“油箱”，需要有安全可靠的支架安裝固定基體，不同載貨質量要求不同電池容量和電池包支架結構，優越安全的電池包支架力學性能是電動輕卡效能發揮前提[1-4]，故研究不同結構形式的輕卡電池包支架結構力學性能，具有重要經濟和社會價值。

本文研究源于某項目需設計不同電量和不同結構形式的新能源電動輕卡的電池包支架系統，如圖1，采集了基礎車型實車加速度數據，并基于ABAQUS軟件，對三款電池包支架進行了強度分析，CAE分析結果表明三款電池包支架結構力學性能滿足設計要求。

1 不同電量的動力電池包支架CAE強度分析

1.1 輕卡動力電池包支架FEM模型

不同載質量的電動輕卡，要求匹配不同電量的動力電池，本文建立某電動輕卡三套電池包系統有限元模型，方案一為81度電的電池包支架系統，對稱布置于車架縱梁兩側，質量為500 kg。方案二為107度電的電池包支架系統，每側為雙層電池包，質量為820 kg。方案三為127度電的電池包支架系統，布置于駕駛室與貨箱之間的車架縱梁上端，模型質量為10 000 kg。單元類型為四面體單元及少量三角形殼單元來畫分，網格尺寸大小為4 mm，材料為B510L和Q235，三款電池包支架系統FEA模型如圖2。

圖1 某電動輕卡

圖2 三種不同電量的電池包支架系統

1.2 不同電量的動力電池包支架CAE強度分析

本文按照在襄陽試驗場加速度采集得到的分析數據，約束安裝車架的全部自由度，分別施加X/3，Y/3和Z/7載荷激勵，得到如圖3到圖5的CAE強度分析結果。

本文按照上述邊界條件，得到了三款電量下的電池包支架CAE強度分析結果，圖3顯示，81度電的電池包支架X向3工況下，支架最大應力為111 MPa，Y向3工況下，電池包支架最大應力為373 MPa， Z向7工況下，電池包支架最大應力為286 MPa。對于107度電的電池包支架，其三向工況下的電池包支架最大應力分別為130 MPa和363 MPa及368 MPa。對于127度電的電池包支架，其三向工況下的電池包支架最大應力分別為252 MPa和344 MPa及247 MPa。支架材料為B510L，其屈服強度為377 MPa，故三款電池包支架各向工況下的最大應力都小于材料屈服強度，滿足設計要求。

圖3 某81度電電池包支架CAE強度分析結果

圖4 某107度電-電池包支架CAE強度分析結果

2 輕卡動力電池包支架道路譜測試

2.1 襄陽試驗場耐久道路工況

襄陽試驗場是我國綜合功能路面最為齊全的汽車試驗場，擁有可靠性試驗路[5]。本文研究的某電動輕卡開展的耐久試驗為綜合壞路試驗，主要包括扭曲路、石塊路、條石路、鵝卵石路、搓板路等路面（圖6）。

2.2 力電池包支架道路譜加速度采集

本文在襄陽試驗場壞路路面上進行了動力電池包支架道路譜加速度采集試驗，傳感器布點布置如圖7，試驗樣車為滿載狀態，總質量為4.5 T。

圖7 加速度傳感器布點位置示意圖

2.3 電動輕卡動力電池支架加速度測試數據分析

本文在襄陽試驗場進行了兩輪綜合壞路路面下的道路譜采集試驗，試驗結果如圖8，由圖分析，支架安裝位置X向加速度峰值為1.6，而Y向最大加速度為1.7，但Z向最大，達到5.6，考慮到安全系數和設計余量，本文輸入給CAE分析的加速度激勵值為X3、Y3、Z7。

3 結論

本文在襄陽試驗場，進行了電動輕卡的動力電池支架道路譜加速度采集，并基于ABAQUS軟件，對81度電和107度電及127度電的三款不同電量下的動力電池支架進行了CAE強度分析，綜合結果表明：

（1）電池包支架實測加權加速度最大值為X向3，Y向3，Z向7；

（2）三款電池包支架最大應力小于B510L材料屈服強度，結構力學性能滿足設計要求。

[1] 曹生彪,皇甫益,尹亮亮.新能源汽車用電池包支架結構設計[J].包鋼科技,2016,42(04):32-35.

[2] 牛營凱,李紅艷,尹華清,等.新能源輕卡轉向系統零部件輕量化淺析[J].汽車實用技術,2019(07):11-13.

[3] 龔紅兵.海南汽車試驗場可靠性試驗強化系數的計算[J].汽車研究與開發,1997(03):43-45+56.

[4] 張磊,李信麗,黃勤.基于Nastran的某新能源輕卡電池包支架強度性能研究[J].南方農機,2020,51(18):191-192.

[5] 黃勤,何帆影,宋磊,等.基于有限元法某輕卡車架性能研究[J]汽車實用技術,2020(01):89-91.

Study on the Mechanical Properties of a Light Truck Battery Pack Bracket with ABAUQS

GONG Anping

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330001 )

A project needs to design the battery pack bracket system of new energy electric light truck with different electric quantity and different structural forms, collect the acceleration data of the basic vehicle model, and based on ABAQUS software, carry out the strength analysis of three battery pack brackets, the CAE analysis results show that the mechanical properties of the three battery pack brackets meet the design requirements.

Light truck; Battery pack bracket; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.006

U469.72

A

1671-7988(2021)21-24-04

U469.72

A

1671-7988(2021)21-24-04

龔安平，就職于江鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心。