据工信部公布的数据显示，2022年中国锂电年总产值首次突破万亿元，超过1.2万亿元。重点在消费、动力和储能三大应用领域，其中动力电池的占比超过了70%。同时，据工信部相关负责人表示：下一步，我国将从多方面推进新型电池产业高质量发展。

近年来，电力、交通、电力等领域的电力和汽车产业技术的发展，在电池性能和突破性性能方面取得了巨大进步，新能源汽车是通过各种新能源生成电力并以电池作为动力源的汽车。

新能源汽车的动力电池主要可划分为化学电池、物理电池以及生物电池三大类。化学电池即以物质的化学反应生成电能的电池，并可根据工作性质划分为原电池、蓄电池、燃料电池、储备电池等；物理电池即借助物理能量生成电能的电池，如太阳能电池、超级电容器等；生物电池即基于生物化学反应生成电能的电池，包括微生物电池、酶电池等。

动力电池本身具有极高的电能以及输出功率，完全能够代替传统燃油汽车的动力装置。

一、动力电池的基本结构

说起动力电池，大家对它组成结构知道多少呢？动力电池上游原材料：镍钴、锰、锂、石墨、硅；动力电池主材：电池正极材料，电池负极材料，电解液，隔膜；动力电池辅材：导电剂、添加剂、铝箔、铜箔；另外还有电芯、电池模组、电池管理系统、电池外壳、电池包架构。

二、动力电池包结构振动仿真分析

01、动力电池的振动安全性要求

动力电池袋布置在电动汽车乘员舱的底部。在车辆行驶过程中，有必要评估电池组的振动耐久性。抗振动性要求GB/t 31467.3-2015电动汽车锂离子电池组符合系统第3部分:安全要求和测试方法。

随机振动是一种不规则形式的随机振动，通常与功率谱密度PSD一起考虑，是一种测量随机变量平均值的概率统计方法，通常用于随机振动分析。

02、电池包有限元模型的建立

对电力电池盒结构的三维数字模型进行有限元建模，计算软件包括Abaqus、ANSYS。电池箱体结构主要采用六面体、壳体、梁、弹簧单元。箱盖和箱体之间用螺栓连接，模块用长螺栓固定到箱体的下部梁，电池箱体底部梁与之间使用焊接连接其中，使用实体单位模拟长期螺栓，使用ACM和Reb3连接方式模拟熔接，使用seam单位模拟熔接，并且熔接位置与实际位置相同。

03、电池包模态及随机振动

模态分析是研究结构动力学的重要方法，用于研究结构的自振特性，预测真实的初始结构和结构初始阶段的设计误差，如尽量减少系统的共振。这样可以大大缩短产品开发周期，节省开发成本。

电池包的模态分析有助于确定电池系统结构的固有频率和形状，初步评估电池系统的一般特性，并基于此改进结构的动态响应。

客车和储能电池随机振动载荷的冲击载荷通常较低，在随机振动载荷PSD谱中变得更小。频率越高，相应的振动负荷就越低，以避免电池振动，增加刚度，尽可能提高电池的主频率，以避免结构振动故障的风险，从而降低随机振动的风险。

三、SIMULIA结构仿真是什么？

SIMULIA对结构进行力学、热学、声学等多学科计算，辅助于设计方案优化，采用数字化技术模拟产品性能，大幅节约试验和样机迭代成本。

01、SIMULIA结构仿真能做什么？

Ⅰ、结构强度和刚度计算

采用有限元方法，模拟静力、冲击、振动、传动、疲劳、传热、噪声等工况；

综合考虑三大非线性条件：几何、材料、边界（接触）；

支持大规模模型的协同建模和并行计算。

Ⅱ、多尺度多物理场耦合计算

宏观与微观耦合计算，在微观层面对材料特性进行机理性分析，与宏观的结构计算实时耦合；

多场实时耦合处理，如流-固耦合、声-固耦合、热-力耦合、热-电-力耦合、电-化学-结构耦合、结构-控制耦合、结构-机构耦合等；

多物理场之间的数据传递，如压强由流场向结构传递，温度由电磁场向结构传递等。

Ⅲ、结构和流场的拓扑优化

对结构设计方案进行拓扑优化，提供拓扑、形状、尺寸、起筋等优化算法，达到减重、提高刚度等目的；

对流场进行拓扑优化，达到降低压降、平衡流量等目标；

在优化时，能够考虑可制造性约束条件。

Ⅳ、多学科目标优化

在自动执行计算流程的基础上，提供丰富的优化算法选项，对设计参数进行优化；

提供试验设计（DOE）近似建模、质量设计、大数据分析等辅助手段；

对流程和数据进行管理，实现可追溯、可复用。

四、动力电池结构仿真分析的全面应用

新能源动力电池包结构仿真分析的完整解决方案主要包括：强度分析、刚度分析、模态分析、随机振动分析、定频振动分析、疲劳分析、机械冲击分析、跌落分析、挤压分析、球击分析等。

1、动力电池的强度分析：电池包在各种加速度惯性载荷下的强度分析，查看应力结果。

△强度分析

2、动力电池的刚度分析：电池包在各种加速度惯性载荷下的刚度分析，查看位移结果。

△刚度分析

3、动力电池的模态分析：电池包的约束模态分析，查看模态频率和模态振型。

△模态分析

4、动力电池的随机振动分析：电池包在PSD谱下的随机振动分析，查看位移和应力结果。

△随机振动分析

5、动力电池的定频振动分析：电池包在固定频率下的定频振动分析，查看位移和应力结果。

△定频振动分析

6、动力电池的疲劳分析：电池包在确定振动条件和时长下的疲劳分析，查看损伤和寿命结果。

△疲劳分析

7、动力电池的机械冲击分析：电池包在半正弦加速度惯性载荷下的机械冲击分析，查看位移、应力以及塑性应变结果。

△机械冲击分析

8、动力电池的跌落分析：电池包在指定高度下落的跌落分析，查看位移、应力以及塑性应变结果。

△跌落分析

9、动力电池的挤压分析：电池包在指定反力或变形下的挤压分析，查看位移、应力以及塑性应变结果。

△挤压分析

10、动力电池的球击分析：电池包在指定球速下的球击分析，查看位移、应力以及塑性应变结果。

△球击分析

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撰稿：成都恒睿

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