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新能源汽车电池包焊点模拟及挤压分析计算

何旅洋*,潘琼瑶,陈凯,刘涛

（泛亚汽车技术中心有限公司，龙东大道3999号，上海，201201）

BoltSimulateandCompressionAnalysisofNew

EnergyVehicleBatteryPackage

HeLyuyang*,PanQiongyao,ChenKai,Liutao

(PanAsiaTechnicalAutomotiveCenter,No.3999LongdongRd,Shanghai,201201)

摘要:电池包作为新能源汽车的核心元件，其结构安全性的保证是新能源汽车在运行过程中必不可少的。本文对某型号电池包进行了挤压分析计算，分析过程中考虑到电池包装配模型的复杂性及Abaqus/Explicit模块中单元类型的局限性，采用C3D8R单元模拟焊点，避免了刚性单元模拟焊点时局部刚度过大以及严重依赖网格的弊端。

关键词:电池包，挤压分析，焊点，显式有限元法

1.前言

在高油价和低排放的双重背景下，发展新能源成为了低碳环保节能减排的必然选择，

新能源汽车也得到了越来越多的关注[1-3]。发展新能源汽车已经成为世界各国的共识，中国为实现“到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%~45%”的目标和汽车产业“弯道超车”的历史使命，将其列入七大战略性新兴产业之中[4-7]。

蓄电池作为混动和纯电动车的动力来源之一，在整车上承担着重要的作用。而电池包壳体则起着保证电池组安全和正常工作的关键作用。为保证电池包系统的正常工作，GB/T

中对电池包的挤压性能提出了要求。本分析的目的就是通过计算机仿真的方法检验电池包

是否可以满足国标对电池包挤压性能的要求。在动力驱动系统开发早期，对电池包的抗挤压特性进行合理的评估和改进可以减少设计周期，降低风险，保证电池包能满足安全性能

的要求，同时保证零件的局部强度性能。

由于电池包里零部件众多，普遍采用的是点焊技术进行结构连接。焊点结构的特殊性

对电池包结构强度、刚度均有很大的影响。

目前，主要的焊点处理方式有以下几种[8][9]：

1）刚性连接法：该方法是在两个零部件连接部位建立刚性连接单元，可以采用六自

由度或三自由度(只约束平动)的连接方式，使两个节点在被约束自由度上有相同的位移，

这种连接方式会导致局部结构刚度偏大，局部连接区域会产生较明显的应力集中现象。

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*作者姓名：何旅洋,Tel:021593473,Email:Lvyang_He@

2）公共节点法：该方法是将不同零部件上对应的节点合并，相邻零部件在点焊处采

用同一节点，这种连接方式对模型要求较高，对应节点位置相差不能太远，单元网格的质

量要求比较高，且无法模拟焊点断裂的情况。

3）公共单元法：该方法是在点焊连接处建立三维单元来模拟焊点，并把该单元与相

邻零部件Tie在一起。这种方法处理起来工作量比较大，但是精度较高，力和力矩通过实

体单元来进行传递，更加符合实际工况。

2.电池包挤压计算模型

电池包的挤压是采用半圆柱体对电池包外壳从X方向实施挤压，挤压距离控制在电池

包该方向长度的30%，电池包的有限元模型如图1所示。

图1.有限元模型图.

2.1边界条件

X方向的挤压模型如图2所示，电池包放置于支撑板和挤压板之间，以较小的速度来

进行挤压，用准静态来模拟静态受力。考虑到电池包前挤压面与后挤压面之间存在一个高

度差，在挤压过程中会产生一个转矩，导致电池包在挤压过程中翻转，并且随着电池包的翻转，高度差会增加，从而产生更大的转矩。因此，需要在电池包翻转初期对其进行控制，限制住电池包在挤压过程中不符合实际的移动变形。依据ZMP(zeromomentpoint)理论

[10]，电池包所受到的合力(外力、惯性力、重力)的延长线的交点称为ZMP，当ZMP位置

位于电池包与支撑板接触范围内时，电池包将不会产生翻转。假设接触面的Z向位置为0，

且准静态不考虑惯性力，则ZMP位置表达式为：

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{

(1)

∑??=0??????+∑??=0??????∑??=0?????

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式中????/????分别是ZMP点X/Y方向坐标，??为各个零部件质量，???/???分别是