电动汽车电池模组箱体碰撞仿真分析

-图4.1电池包下壳体网格划分示意图图4.2电池包上壳体网格划分示意图图4.3电芯网格划分示意图进行网格质量检查是建立相关模型后的重要步骤之一，它有助于确保有限元模型的网格划分质量符合要求。通过检查网格的质量指标，如网格形状、尺寸、单元质量等，可以发现潜在的问题并及时进行调整，以确保仿真结果的准确性和可靠性。在建立相关模型后，及时进行了网格质量检查，检查结果如图4.4所示。结果显示failed=0，即网格质量均达标。图4.4电池包模型网格质量检查结果4.3有限元模型的连接设置在碰撞仿真中，有限元模型连接设置的可以确保仿真模型的结构完整性和仿真结果的准确性。适当设置连接可以模拟真实物体之间的相互作用和约束关系，有效地传递载荷和应力，并确保仿真对象在碰撞过程中的稳定性和可靠性。在本设计中，为了简化仿真模型，将电池包上下壳间的螺栓连接设置为采用spotweld焊点模拟螺栓固结，其单元类型设置为rigid。设置结果如图4.6所示。图4.5上、下壳体有限元模型连接示意图图4.6上、下壳体有限元模型连接单元类型设置图电芯之间的连接设置为采用cnrb将电池中部抓刚体，以模拟相邻电池间的螺栓固结效果。设置结果如图4.7所示。图4.7电芯有限元模型连接示意图图4.8电芯有限元连接单元类型设置图4.4有限元模型接触设置在碰撞过程中，会造成各个网格之间的相互挤压，因此要对这些网格设置正确的接触，否则在碰撞过程中部件与部件之间会失去力的传导也会出现网格穿透的现象。本设计中为了还原真实工况，部件之间定义接触，以防止模型穿透，将接触方式设置为automaticsinglesurface，并将接触的部件放入set中。图4.9部件间接触定义设置图4.5材料设置HyperMesh软件中本身不存在单位制，所以在涉及单位的使用上面，需要设计人员保持统一，一旦单位存在偏差，模型就会出错，导致结果不具有可信性。本次仿真中，使用到的基本单位是：长度mm、质量kg、时间ms、密度kg/mm3、应力GPa、力kN、重力加速度0.0098mm/ms2。电池包上下壳采用Q345B材料、mat24材料卡片、密度为7.85g/cm3、弹性模量206GPa、切线模量2GPa、屈服极限278MPa、泊松比0.28。图4.10电池包上、下壳体材料设置电芯采用工业纯铝材料，选择mat24材料卡片、密度为2.7g/cm3、弹性模量为0.7GPa、切线模量2GPa、屈服极限300MPa、泊松比0.33。图4.11电芯材料设置碰撞的刚性柱设为刚体，采用mat20材料卡片。图4.12碰撞刚性住材料设置4.6电池包刚性柱碰撞有限元的建模本文模拟电池包在电动汽车失控时正向及侧向分别撞向刚性柱的碰撞工况，所以，刚性柱的有限元建模对碰撞分析具有重要意义。首先，它可以帮助评估碰撞对电池包的影响，包括应力、应变、变形和损伤等方面，为了确保电池包在碰撞情况下的安全性和可靠性提供参考。其次，通过建立有限元模型，可以进行虚拟碰撞试验，为改进设计提供依据，从而提高电池包的结构设计和碰撞安全性。此外，建模过程还可以用于优化电池包的结构和材料选择，以提高其在碰撞情况下的性能表现，从而推动电动汽车等领域的安全性和可靠性。本文中，刚性柱有限元建模如下，其网格大小为15mm，由2D拉伸成3D网格。图4.13刚性柱有限元模型示意图对电池包侧面碰撞刚性柱有限元建模后，对所建立的网格模型进行了质量监测分析，如图4.14所示，结果显示所建立模型的质量检测达标。图4.14刚性柱有限元模型质量监测分析图4.7碰撞参数设置在对电池包模型及刚性柱模型分别建立有效的有限元模型后，进行了碰撞参数设置的模型约束，约束了碰撞面对面节点的六个自由度，约束模型如图4.15所示。图4.15碰撞模型约束在碰撞具体参数设置部分设为：将电池包固定，刚性柱分别以30Km/h、60Km/h、108Km/h的速度撞向电池包。并定义速度曲线loadcurve_4，由图4.16知速度为16.6mm/ms。图4.16碰撞模型参数设置图4.8本章小结本章重点介绍了电池包碰撞仿真分析中的关键要素，包括有限元模型的建模过程中涉及到的网格划分、连接设置、材料设置和碰撞参数设置等因素。在电池包碰撞仿真中，电池包通常会与刚性柱进行碰撞，因此本章还介绍了电池包和刚性柱的有限元建模过程。在建立电池包和刚性柱的有限元模型时，需要考虑其几何形状、材料属性和实际工作条件等因素。针对电池包和刚性柱碰撞仿真分析的有限元模型，需要合理划分网格，设置连接条件，选取适当的材料参数，以及调整碰撞参数等操作。这些因素的合理设置可以保证仿真分析的准确性和可靠性。通过对电池包和刚性柱碰撞仿真的建模和分析，可以评估碰撞过程中的应力、应变分布情况，为设计优化和安全性评估提供重要参考。综上所述，电池包碰撞仿真分析需要考虑多方面因素，其中有限元模型的建模是非常关键的一步。通过结合碰撞有限元理论，可以有效地建立电池包和刚性柱的有限元模型，并进行碰撞仿真分析，为电池包设计和优化提供有力支持。5刚性柱碰撞工况下动力电池包的安全性分析车用动力电池包作为新能源汽车的“心脏”，应着重关注其在行驶过程中的安全性，前文第四章对车用动力电池包的碰撞模型进行了整体搭建，并设置了相关的碰撞参数。本章将对碰撞仿真后的模型进行分析，以验证本文所设计的动力电池包在发生碰撞时的具体参数及安全稳定性。本章依据国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求GB38031-2020》中5.2节规定的测试安全要求及8.2节的试验方法，展开了电池包正向、侧向侧面柱撞安全性分析及正向、侧向挤压板安全性分析。国标中关于电池包的安全要求为：机械冲击试验及模拟碰撞试验应无泄漏、外壳破裂、起火或爆炸现象。挤压试验应不起火、不爆炸。关于电池包的试验方法为：采用半径为75mm的圆柱体（形式1）或采用如图尺寸为600mm×600mm（长×宽）的挤压板（形式2），该挤压板由三个半径为75mm的半圆柱体组成，半圆柱体间距为30mm。分别沿着正向（汽车行驶方向）和侧向（垂直于汽车行驶方向）完成试验。本章选取圆柱体模拟消防栓进行碰撞仿真分析。由于电池单体内芯材料的力学性能受应变率影响不大，所以关于电池包内单体的失效判定则采用准静态下压溃试验中的结论，即当电池单体应变达到0.278时电池单体失效。在此基础上展开分析电池包碰撞安全性分析的整体评价指标，本文主要考虑了四个重要的方面：电池包外壳碰撞挤压力、碰撞侵入量、模组外壳的受力变形情况及模组内电池单体受力变形情况。5.1安全性评价参数的选择动力电池包的开发和研究都是在保证电池包安全的前提下展开的，在电动汽车动力电池包与道路异物发生底部碰撞时，各参数设置的不同，会导致电池包最终的安全性不一样，各参数按来源主要可以分为两类，一类为外部因素；另一类为内部因素。其中外部因素包括：车辆行驶时与道路异物的碰撞速度；道路异物的不同参数，这在第三章已经具体阐述了，可以将道路异物看成一个不同圆锥顶角和不同顶端半径的锥状物，试验道路异物的参数主要为圆锥顶角和圆锥顶端半径；道路异物与电池包碰撞时的冲击角度；道路异物碰撞时的旋转角速度。内部因素主要体现为动力电池包的结构上，这又可以分为两类，一类为动力电池包外部件包括：电池包下箱体的厚度；电池包箱体不同类型的结构材料；吊耳与电动汽车的连接方式；吊耳的数量；吊耳的厚度；另一类为动力电池包内部件包括：内架的不同材料及厚度；螺钉的不同材料及厚度；上压杆和上压盖的不同材料及厚度等。表5.1按不同来源分类的参数表因素类别参数外部因素车辆行驶时与道路异物的碰撞速度道路异物的圆锥顶角道路异物的圆锥顶端半径道路异物与电池包碰撞时的冲击角度道路异物碰撞时的旋转角速度道路异物种类包括尺寸大小，重量，数量道路异物与动力电池包碰撞的作用点内部因素电池包的长、宽、高电池包下箱体的厚度电池包箱体不同类型的结构材料吊耳与电动汽车的连接方式吊耳的数量及厚度内架的不同材料及厚度螺钉的不同材料及厚度上压杆和上压盖的不同材料及厚度表5.1所展示的参数众多，为了分析出重要参数对动力电池包底部碰撞结果的影响，也为了简化工作量，需要筛选掉对最终结果影响不大的参数，仅对第一梯度或较为重要的参数进行分析。本文安全性评价参数的选择遵循由外及内的原则，先选择外部因素，对于电动汽车行驶在道路上时，存在各种不确定因素导致的道路异物，而对于这种不通过试验而确定参数重要性的工作即权重，是一个初步的，不太精确的提取过程。先将一些权重较大的可以先提取出来，比如碰撞时的速度，冲击时不同的角度等，而对于道路异物的冲击速度来说，冲击的旋转角速度可以看为次要参数因素。对于道路异物与动力电池包碰撞的作用点，选的作用点在电池模组的下箱体处，这样可以反应出更加危险的状态。内部因素主要表现在电池包结构件上，由于在发生动力电池包底部碰撞时，道路异物首先与电池包外部件接触，在外部件破坏时，才与内部件接触，那么外部件的参数可以认为权重更大，可以先提取出来，比如电池包箱体厚度，箱体材料，吊耳厚度等。而对于电池包内部结构，认为是次级权重，不再进行下一步分析，因为，在电池包外部结构与底部异物碰撞时，外部结构件破坏才会与内部件接触，此时电池包已经被破坏了，已经可以认定破坏的结果。综上所述分析，本文一共提取出来的安全性分析参数有：道路异物碰撞速度、电池包位移变化量、电池包鼓包过程、电池电芯位移变化量、电池包应力分布及最大应力和电池电芯应力分布及最大应力。5.2仿真分析软件介绍ANSYS软件是一个强大的工程仿真软件套件，涵盖了多个领域的计算分析。以下是ANSYS软件常见的具体计算介绍：1.结构力学分析：ANSYS软件可以用于进行静力学和动力学的有限元分析，分析结构在不同载荷下的应力、变形、疲劳等情况。用户可以优化结构设计，确保其满足强度和刚度要求。2.热传导分析：ANSYS软件可以模拟物体在不同温度下的热传导过程，包括稳态和非稳态热传导、对流传热、辐射传热等。用户可以优化热管理系统，防止过热或过冷现象的发生。3.流体动力学分析：ANSYS软件可以用于模拟流体的流动、传热、混合等现象。用户可以分析流体在管道、泵、阀门等设备中的性能，并优化流体系统的设计。4.电磁场分析：ANSYS软件支持电场、磁场、电磁波等电磁场的计算分析。用户可以研究电磁场的传播特性，优化电磁设备的设计。5.声学分析：ANSYS软件可以用于声学分析，模拟声压级、声音传播路径、声学耦合等现象。用户可以分析噪音源，改善声学环境。除了上述领域，ANSYS软件还可以进行多物理场耦合分析，如结构-热耦合、热-流耦合、结构-电磁耦合等。用户可以模拟多个物理场相互影响的复杂系统行为。总的来说，ANSYS软件在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师和研究人员解决各种复杂的工程问题，优化产品设计和性能。5.330Km/h侧面碰撞仿真结果30Km/h电池包侧面碰撞工况如图5.1所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.1所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为58.57mm，电池电芯部分侵入量峰值为59.59mm。内部电芯位移与电池包位移相差约1mm，可知在低速碰撞工况下电池包外壳位移与电池电芯位移近似相同，外壳的保护作用尚不明显。(a)(b)(c)(d)图5.130Km/h侧面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.2所示。由图可知电池包受峰值应力为1.045GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为421.4MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.230Km/h侧面碰撞Vonmises云图图5.3为电池包在30Km/h侧向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，鼓包图近似抛物线，鼓包速度随时间先快后慢，最后近似到达峰值，即在此碰撞工况下电池包外壳的保护作用随时间愈发明显。鼓包峰值为54.5mm。图5.3电池包鼓包示意图5.460Km/h侧面碰撞仿真结果60Km/h电池包侧面碰撞工况如图5.4所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.4所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为125.4mm，电池电芯部分侵入量峰值为137.5mm。内部电芯位移略大约电池包位移，可知在碰撞发生后电池包外壳具有一定的韧性，减少了对内部电芯的侵入量，对电池电芯有一定的保护作用。(a)(b)(c)(d)图5.460Km/h侧面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.5所示。由图可知电池包受峰值应力为1.90GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为526MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.560Km/h侧面碰撞Vonmises云图图5.6为电池包在60Km/h侧向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，由结果可知电池包鼓包过程近似与时间变化成正比，鼓包峰值为111.3mm。图5.6电池包鼓包示意图5.5108Km/h侧面碰撞仿真结果108Km/h电池包侧面碰撞工况如图5.7所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.7所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为95.78mm，电池电芯部分侵入量峰值为100.8mm。内部电芯位移略大约电池包位移，可知在碰撞发生后电池包外壳具有一定的韧性，减少了对内部电芯的侵入量，在108Km/h的碰撞工况下，对电池电芯依然有一定的保护作用。(a)(b)

(a)(b)图5.7108Km/h侧面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.8所示。由图可知电池包受峰值应力为1.99GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为576MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.8108Km/h侧面碰撞Vonmises云图图5.9为电池包在108Km/h侧向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，由结果可知电池包鼓包速度大致为慢-快-慢三个阶段，电池外壳的保护作用在碰撞初始时更为明显，鼓包峰值为90.5mm。图5.9电池包鼓包示意图5.630Km/h正面碰撞仿真结果30Km/h电池包正面碰撞工况如图5.10所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.10所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为117.6mm，电池电芯部分侵入量峰值为161.2mm。内部电芯位移大于电池包位移，可知在低速正面碰撞工况下电池内部电芯受冲击力的影响位移变化较大，对电芯的伤害较大，同时电池包外壳可以起到更好的保护作用，防止位移的过多侵入。(a)(b)(c)(d)图5.1030Km/h正面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.11所示。由图可知电池包受峰值应力为1.279GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为614.7MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.1130Km/h正面碰撞Vonmises云图图5.12为电池包在30Km/h侧向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，在此碰撞工况下，电池包的鼓包速度随时间变化而逐渐加快，电池外壳的保护性随鼓包的变大而逐渐降低。鼓包量在上升到达峰值后又受电池包外壳结构变形及挤压影响出现回落，所以在峰值后的图线不具有参考性，可以忽略。鼓包峰值为43.9mm。图5.12电池包鼓包示意图5.760Km/h正面碰撞仿真结果60Km/h电池包正面碰撞工况如图5.13所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.13所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为92.52mm，电池电芯部分侵入量峰值为87.18mm。内部电芯位移略大约电池包位移，可知在碰撞发生后电池包外壳具有一定的韧性，减少了对内部电芯的侵入量，对电池电芯有一定的保护作用。(a)(b)(c)(d)图5.1360Km/h正面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.14所示。由图可知电池包受峰值应力为1.37GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为503MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.1460Km/h正面碰撞Vonmises云图图5.15为电池包在60Km/h正向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，由结果可知电池包鼓包过程近似与时间变化成正比，鼓包峰值为57.1mm。图5.15电池包鼓包示意图5.8108Km/h正面碰撞仿真结果108Km/h电池包正面碰撞工况如图5.16所示，通过有限元模型进行计算，模型共计算5ms，沙漏能变化率和能量变化率均小于5%的工程要求，求解计算稳定。符合碰撞仿真的分析标准。仿真位移结果如下图5.16所示。图（a）、（c）为碰撞时电池包位移图及位移曲线，图（b）、（d）为碰撞时电池电芯位移图及位移曲线。由结果分析可知电池包侵入量峰值为139.2mm，电池电芯部分侵入量峰值为66.93mm。内部电芯位移大约电池包位移，可知在碰撞发生后电池包外壳对内部电芯的保护作用较大，极大减少了对内部电芯的侵入量。(a)(b)(c)(d)图5.16108Km/h正面碰撞位移形变图仿真应力结果的Vonmises图如下图5.17所示。由图可知电池包受峰值应力为1.579GPa，应力集中于冲击位置，电池电芯部分受峰值应力为852MPa，应力集中于冲击位置。碰撞后，电池包整体结构尚可无明显散落状态。(a)(b)图5.17108Km/h正面碰撞Vonmises云图图5.18为电池包在108Km/h正向碰撞工况下电池包鼓包突起随时间的变化情况，由结果可知电池包鼓包速度大致为慢-较慢-快三个阶段，在此工况下，电池外壳的保护作用在碰撞初始时最为明显，随着电池壳体结构的变形，电池包鼓包速度愈发明显，即随电池包结构的被挤压，壳体保护作用在降低。鼓包峰值为79.5mm。图5.18电池包鼓包示意图5.9整体安全性分析为了确保符合碰撞安全性，一个理想的电池包结构应具备优秀的能量吸收和分散能力，以在碰撞时减少对电池单元的直接冲击。这通常通过使用高强度材料、设计多层防护结构，以及在电池包内部设置缓冲区域来实现。高强度外壳和结构加固能够在初期碰撞中吸收大量能量，而内部缓冲设计则进一步保护电池单元，避免过度压缩或损坏。此外，电池包应设计有紧急泄压通道，以防碰撞导致内部压力骤增时可以安全释放，从而降低爆炸或起火的风险。整体而言，电池包的结构应旨在极端条件下保持其完整性，确保动力电池在碰撞情况下的安全性和可靠性。电池包外壳作为电池电芯的第一道防线，承担着重要的保护作用。其坚固的外壳结构能够有效抵御外界的碰撞和挤压，保护电池电芯不受物理损伤。同时，外壳还采用防水防尘设计，有效防止液体和杂物的侵入，保障电池电芯在恶劣环境下的稳定运行。此外，外壳还有助于热管理，通过散热结构和通风设计，有效调节电池温度，避免过热对电芯的损害。综合而言，电池包外壳在物理、环境和热管理等方面提供了全面的保护，确保电池电芯的安全运行和长期可靠性。本设计中的电池包模型在碰撞时，电池包外壳所受应力均远大于电池电芯所受应力，说明本设计的电池包外壳具有足够的强度，可以对电池内部电芯起到有效的保护作用。通过表5.2对比发现，在侧面碰撞中60Km/h与108Km/h两种工况碰撞所受应力相差不大，验证了所设计的电池包结构在面向中高速冲击时的安全性较高；而在正面碰撞中电池包外壳所受应力与内部电芯所受应力差距相对于侧向碰撞工况较小，即正向碰撞下电池包外壳对内部电芯的保护作用相对侧面碰撞较小，但仍有较高的保护性。表5.2电池包碰撞工况下壳体和内部电芯应力分析表碰撞方向位置30Km/h60Km/h108Km/h侧向碰撞应力电池包外壳1.045GPa1.90GPa1.99GPa内部电芯421.4MPa526MPa576MPa正向碰撞应力电池包外壳1.279GPa1.37GPa1.579GPa内部电芯614.7MPa503MPa852MPa表5.3为各工况下电池包壳体及内部电芯受应力表。由表可知在侧向碰撞中电池包外壳位移均小于内部电芯位移，表明电池包结构在碰撞后不会对内部电芯产生二次或持续性撞击，电池包结构对内部电芯的保护性较高；在正向碰撞中在低速工况下电池包外壳位移小于内部电芯位移，即对于正向碰撞来说，低速工况下电池包外壳结构保护性更好；并且结果显示，在正向碰撞中电池内部电芯随碰撞速度的提高而逐渐降低，所以，在正面碰撞中电池包结构对于碰撞速度的提高，仍有一定的保护性。表5.3各碰撞工况下电池包壳体及内部电芯位移表碰撞方向位置30Km/h60Km/h108Km/h侧向碰撞位移电池包外壳58.57mm125.4mm95.78mm内部电芯59.59mm137.5mm100.8mm正向碰撞位移电池包外壳117.6mm92.52mm139.2mm内部电芯161.2mm87.18mm66.93mm电池包在碰撞中外壳的鼓包大小可以说明外壳受到的冲击力大小。如果电池包在碰撞后外壳鼓包较小，说明外壳具有较好的抗冲击性能，成功吸收和分散了碰撞带来的能量，从而有效保护电池电芯不受损坏。反之，如果外壳鼓包较大，可能表明外壳的抗冲击性能不足，导致冲击力传递给了电池电芯，增加了电池受损的风险。因此，观察电池包碰撞后外壳的鼓包大小可以评估外壳的保护效果，并进一步指导设计改进，提高电池系统的安全性和可靠性。图5.9为电池包在碰撞过程中，外壳鼓包示意图。图5.19电池包碰撞过程中外壳鼓包示意图表5.4为各工况下电池包课题鼓包峰值。由表可以看出只有在60Km/h侧向碰撞工况下电池包鼓包峰值较大，其余鼓包峰值均维持在100mm以内，且正向碰撞的电池包鼓包峰值均低于相对应工况下侧向碰撞的鼓包峰值，说明电池包壳体结构在正向碰撞工况中抗形变情况更好，更有利于保护电池包内部电芯免受挤压或者二次碰撞的伤害，有利于电池包结构的稳定性与安全性。表5.4各碰撞工况下电池包壳体鼓包峰值碰撞方向30Km/h60Km/h108Km/h侧向碰撞电池包鼓包峰值54.5mm111.3mm90.5mm正向碰撞电池包鼓包峰值43.9mm57.1mm79.5mm在本文中电池包外壳壳体均采用铝材质，在电池包壳体外围设有相应的护板结构，并在电池包壳体与电芯之间留有一点的安全距离，这样既可以提升电池包的能量吸收和分散能力，又可以降低电池包重量为新能源车车身轻量化提供帮助。同时在每个电芯上均设有泄压通道，以提升电芯在极端情况下的安全性。在碰撞结果中可以看到，电池包分别以30Km/h、60Km/h与108Km/h受到刚性柱撞击时，电池包整体结构均保持良好，没有对内部电芯造成过大的侵入量。正面碰撞及侧面碰撞中，电池包壳体位移均安全范围以内，电芯由于收到冲击，内部产生了一定的位移但并未产生电芯断裂的情况，弯曲程度也在安全范围内。而在碰撞过程中电池包与电芯的应力结果可以看出，在本文中四次撞击仿真中碰撞处电芯所受应力均远小于电池包所受应力，说明电池包的结构及材料对电池电芯起到了较大的保护作用，并且碰撞仿真结果均符合《电动汽车碰撞后安全要求》（GB/T31498-2021）的安全范围，以此验证了本文所设计电池包的安全性。5.10本章小结在刚性柱碰撞工况下对动力电池包的安全性进行分析时，需要选择合适的评价参数来评估其安全性。常用的安全性评价参数包括动力电池包的结构设计、材料性能、电池管理系统等方面。在侧面碰撞仿真结果中，可以观察到动力电池包在侧面碰撞过程中的受力情况、变形程度等信息。而在正面碰撞仿真结果中，可以分析动力电池包在正面碰撞过程中的受力情况、损坏程度等信息。通过综合分析这些仿真结果，可以对动力电池包的整体安全性进行评估。在整体安全性分析中，可以结合实际情况和仿真结果，评估动力电池包在碰撞工况下的安全性表现，并提出改进措施以提高其安全性。最后，在本章小结中可以总结本次安全性分析的结果和建议，为动力电池包的设计和改进提供参考。总结1.总结车用动力电池包受到撞击导致短路失效是电动汽车碰撞事故中危险性比较高的典型工况，尤其动力电池包常布置在车身地板底部，当车辆发生碰撞时存在一定的安全隐患，因此开展车用动力电池包底部碰撞安全性研究，对于提高动力电池包底部防护安全和电动汽车的整车安全性具有重要意义和实用价值。论文在了解了课题的研究意义且对国内外研究现状、汽车碰撞法规和车用动力电池包布置相关知识后，首先对汽车碰撞理论的相关知识进行了阐述，并对相关研究方法及有限元碰撞理论进行总结，对汽车的碰撞理论有了基础的认识；其次，依据相关汽车的目标参数对电池电芯及电池包进行了设计，在满足目标车型相关参数的要求下将一定数量的电芯串联装入电池包内，并设计了电池包的三维模型；再次，在ansys软件中对所设计的电池包三维模型进行碰撞分析模型搭建，主要包括：模型网格划分、模型连接设置、模型接触设置、相关材料设置、刚性柱有限元模型搭建及碰撞参数设置几个部分；最后，分别设置了30Km/h、60Km/h、108Km/h两个碰撞速度分别在电池包正面和侧面进行碰撞，得到了碰撞结果，包括电池包最大位移量和所受最大应力两部分，并对结果进行了分析，证明了所设计电池包结构的安全性。新能源汽车动力电池包的碰撞安全性分析至关重要。通过建立三维模型及有限元模型、模拟碰撞过程并评估力学响应和损伤情况，可以全面了解碰撞对电池包的影响，包括应力、应变、变形等方面。这有助于验证本设计的电池包结构强度、材料性能等选取的合理性，从而提高电池包在碰撞情况下的安全性和可靠性。本文的研究工作对研究锂离子电池在压缩载荷作用下的力学响应特性具有重要参考价值。所提出的电池包三维模型可以确保动力电池在实际使用中具有足够的安全性和稳定性，推动新能源汽车领域的可持续发展。2.展望在电动汽车电池包的碰撞安全性分析方面，以下是一些展望的方向：（1）发展更精细的碰撞仿真模型：未来可以通过细化电池包内部结构和碰撞模型，提高仿真精度和准确性，包括考虑更多复杂的碰撞情况和变形机制，以更真实地模拟碰撞过程。（2）研究碰撞安全设计指标：可以探讨并建立更严格的碰撞安全性设计指标，考虑电池包在碰撞中承受的最大应力和变形程度等因素，为电池包的设计提供更可靠的参考依据。（3）应用新型材料和结构设计：研究开发具有更好抗撞性能的新型材料和结构设计，包括碰撞吸收材料、多层结构设计等，提高电池包在碰撞中的抗损伤能力。（4）结合实验验证和数据分析：结合实验数据和仿真结果，进一步验证碰撞安全性分析的准确性和可靠性，验证分析结果的可信度，反馈实验结果为仿真建模提供更准确的参数和设定。（5）探索碰撞后的电池包处理和维护：研究碰撞后电池包的应急处理方法和维护策略，包括快速救援、损伤诊断和修复等，提高碰撞后的安全防护措施和维护效率。（6）考虑多种碰撞情况：除了正面碰撞，还可以研究侧面碰撞、倾斜碰撞等不同碰撞情况下电池包的响应特性，全面评估电池包在各种碰撞条件下的安全性能。通过以上方向的深入研究，可以进一步完善电动汽车电池包的碰撞安全性分析，为提高电动汽车的碰撞安全性能提供理论支持和技术指导。参考文献LujalaP,LeBP,GaulinN.PhasingOutFossilFuels:DeterminantsofProductionCutsandImplicationsforanInternationalAgreement[J].GlobalEnvironmentalPolitics,2022,22(4):95-128.U.S.EnvironmentalProtectionAgency.InventoryofU.S.greenhousegasemissionsandsinks:1990-2019[R].Washington,D.C.:UnitedStatesEnviron-mentalProtectionAgency,2021.EuropeanEnvironmentAgency.GreenhousegasemissionsfromtransportinEurope[R].Brussels:EuropeanEnvironmentAgency,2021.MidilliA,DincerI,AyM.Greenenergystrategiesforsustainabledevelopment[J].Energypolicy,2006,34(18):3623-3633.SongR.ExploringtheIMPactofVariousCountries’TimetablefortheBanontheSalesofFuelVehiclesonChina[J].SustainableDevelopment,2018,8(2):121-126.赵子旺.造车新势力:从“三足鼎立”到“群雄并起”[N].新能源汽车报,2022-12-26(13).SinghV,SinghV,VaibhavS.Analysisofelectricvehicletrends,developmentandpoliciesinIndia[J].CaseStudiesonTransportPolicy,2021,9(3):1180-1197.陈秀娟.海南打响禁售燃油车第一枪[J].汽车观察,2019,168(3):95.AmannCA.Thepassengercarandthegreenhouseeffect[J].InternationalJournalofVehicleDesign,1992,13(4):305-334.ltoY,ManagiS.Thepotentialofalternativefuelvehicles:Acost-benefitanalysis[J].ResearchinTransportationEconomics,2015,50:39-50.吕和平,高峰,幸向玲.纯电动汽车声学包装件开发策略研究[J].汽车实用技术,2022,47(1):6-9.姚美娇.动力电池如何防患于未“燃”?[N].中国能源报,2022-12-19(12).MaCC,HouJ,LanFC,etal.StructuralAnalysisofBatteryPackBoxforNewEnergyVehiclesBasedontheApplicationofBasicFoamAluminumMaterials[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2022,2355(1):12082.2021年全国及各省(区市）道路交通事故情况[J].公安研究,2022,333(7):95-96.李井吉.某电动汽车正面碰撞安全性能分析与结构改进研究[D].中北大学,2021.唐迪.正面偏置碰撞对驾驶员下肢损伤的影响研究[D].湖南大学,2021.陈秀娟.红旗E-HS9闯关双侧柱碰[叮].汽车观察,2021,(6):48.白中浩,马伟杰,曹立波等.乘用车-货车追尾碰撞事故分析及其试验与仿真研究[J].中国机械工程,2010,21(14):1742-1747.张立强.基于正碰CAE分析的车身纵梁结构优化设计[J].计算机辅助工程,2018,27(03):69-72.杨明森.某轿车碰撞安全性能分析与优化研究[D].重庆交通大学,2018.黄文舜.汽车前防撞梁低速碰撞性能分析及优化设计[D].华南理工大学,2019.胡珀,余强,宋若肠等.基于Hypermesh的整车正碰分析[J].汽车实用技术,2020,305(2):40-44.郑海洋,田国富,杨砾等.客车正面碰撞事故仿真分析研究[J].交通节能与环保,2020,16(05):29-34.贺路,张琰.某乘用车的车身正面碰撞性能仿真分析[J].汽车与驾驶维修(维修版),2021(11):32-34.王天博,田国富,王涛.某乘用车侧面碰撞安全性仿真分析[J].汽车科技,2021(01):82-86.唐小华,张准.电动汽车尾部碰撞仿真分析方法浅析[J].汽车实用技术,2021,46(16):14-16+68.孙兆岩,刘洋,侯庆坤.基于40%正面偏置碰撞的某车型仿真及结构优化[J].汽车实用技术,2022,47(15):90-95.KhatriNA，ShaikhH,MaherZA,etal.Areviewonoptimizationofvehiclefrontalcrashworthinessforpassengersafety[J].InternationalJournalofEngineering&Technology,2018,7(2.34):1-4.MahmoodHF,BaccoucheMR,BakkarJY.Designingforoffsetcrash:atrade-offinconstraints[R].SAETechnicalPaper,1995.KirkpatrickSW.Developmentandvalidationofhighfidelitysimulationmodels[J].InternationalCrashworthinessVehicleCrashConference,1998,602-611.TonioliJN,CastroIJ,RipoliRR,etal.ComputationalsimulationoftheECER-29safetytest[R].SAETechnicalPaper,2000.AtahanAO,BoninG,KaracasuM.Developmentofa30,000kgheavygoodsvehicleforLS-DYNAapplications[J].InternationalJournalofHeavyVehicleSystems,2007,14(1):1-19.HeimbsS,StroblF,MiddendorfP,etal.CrashsimulationofanFlracingcarfrontiMPactstructure[C].Salzburg:7thEuropeanLS-DYNAusersconference,2009:1-8.NguyenPTL,LeeJY,YimHJ,etal.Optimaldesignofvehiclestructureforimprovingsmall-overlaprating[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology,2015,16