導(dǎo)讀：6月5日5時43分許，一輛浙A牌照的小型普通客車沿S2滬杭高速駛出杭州收費站時，碰撞收費站設(shè)施后起火，造成車上4人死亡。據(jù)監(jiān)控及目擊影像顯示，事發(fā)時，這輛白色電動汽車在進(jìn)入收費站時似乎沒有減速，徑直撞上了收費站的站臺，高速導(dǎo)致車輛解體，有車體碎片飛濺，車輛迅速燃起熊熊大火。

碰撞起火是新能源汽車目前最大的安全隱患之一。“動力電池由于機(jī)械碰撞破碎或泄漏，遇到電弧或火花，就會起火且容易爆燃。鋰電池的特性也讓電動車起火火勢迅速猛烈、難以撲滅。因此新能源車企致力于降低碰撞安全風(fēng)險，這對動力電池設(shè)計、熱管理系統(tǒng)提出了更高要求。”

而在筆者看來，和傳統(tǒng)的燃油車相比，其實新能源車出事故的頻次更低，所以從理論上講它是更安全的。但是為什么這些事故引起大家的反應(yīng)很大？因為新能源車的事故和燃油車出事故不一樣，燃油車事故往往不會那么嚴(yán)重，而新能源車一出事故，可能會有傷亡，并且它的火比較難滅，所以大家就很敏感。

6月15日19時30分，筆者受邀在仿真秀2023動力電池與儲能系統(tǒng)設(shè)計仿真技術(shù)講座第三期帶來《動力電池結(jié)構(gòu)仿真分析與案例應(yīng)用》，講述動力電池包結(jié)構(gòu)仿真分析的完整解決方案。詳情見后文。

一、動力電池的可靠性與安全性

動力電池出事故就涉及到這個可靠性和安全性。可靠性是指在某些條件下動力電池能夠正常運行。安全性是指某些條件下動力電池保護(hù)自身和保護(hù)成員的能力。比如車發(fā)生火情，這個就涉及到人身安全和車自身安全，那就是安全性的問題。可靠性和安全性，涉及的不僅僅是我們今天講的結(jié)構(gòu)問題，除了機(jī)械載荷，還有環(huán)境的一些影響，以及和電性能相關(guān)。

接下來給大家分享機(jī)械載荷的原因。比如顯式動力學(xué)分析的跌落和擠壓等，對應(yīng)的工況可能會造成安全性問題。

對于動力電池結(jié)構(gòu)仿真分析，其實我們的最終目的就在于提高它的可靠性和安全性。

二、研發(fā)流程

傳統(tǒng)的研發(fā)流程是在設(shè)計之后制造一個樣品，然后去做實驗驗證。樣品實驗成功之后可能還會做小批量實驗，然后到大批量應(yīng)用。這是傳統(tǒng)的研發(fā)流程。

在設(shè)計和驗證之間，更先進(jìn)的研發(fā)流程加入了仿真環(huán)節(jié)，仿真又稱之為虛擬的實驗驗證，實際上就是用數(shù)字模型來做實驗，在電腦中做實驗。如果仿真驗證通過了，往往意味著我們做樣品實驗的成功率會更大。如果沒有仿真環(huán)節(jié)，當(dāng)樣品實驗通不過，我們很難知道為什么通不過，也不知道怎么修改設(shè)計，這無疑會增加研發(fā)周期和研發(fā)成本。

三、電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計大家都知道，將電芯放在模組里面，幾個模組組合在一起放在電池包里面。可以稱為小模組結(jié)構(gòu)設(shè)計。在這個行業(yè)里面，也能聽到一些電池結(jié)構(gòu)設(shè)計新技術(shù)，比如CTP，是大模組設(shè)計、無模組設(shè)計。直接把電芯放在這個電池包里面，減少模組或沒有模組。這樣提高了能量密度，降低了制造成本。還有特斯拉的CTC，比亞迪的CTB。大家聽到這些CTP、CTB、CTC都算是新技術(shù)，總體來說，電池包小模組設(shè)計當(dāng)前還是主流。

對于模組設(shè)計，需要考慮模組尺寸問題，模組的連接問題。模組和電芯的連接，模組和箱體之間的連接等等，對于電箱設(shè)計，需要考慮電箱和車體的連接等等，這些都是電池設(shè)計工程師需要考慮的因素。

設(shè)計工程師看到別的產(chǎn)品用5毫米板厚，他就用5毫米。那么用3毫米板厚是否可以，只有做了仿真才會知道。即使做實驗也很難判斷這個問題。所以有些問題，必須要通仿真來認(rèn)識和理解。

四、電池包結(jié)構(gòu)仿真

回到電池結(jié)構(gòu)仿真，下圖寫了11個分析類型。強度和剛度分析屬于靜力學(xué)。定頻振動和隨機(jī)振動以模態(tài)分析為基礎(chǔ)。電池結(jié)構(gòu)的疲勞主要是研究定頻振動和隨機(jī)振動引起的振動疲勞。還有機(jī)械沖擊，慣性載荷比較大。還有跌落、擠壓等。另外還有耦合場分析。

對于強度剛度分析，施加慣性載荷，查看電池包的變形和應(yīng)力。

對于模態(tài)分析，其實很多人忽視了模態(tài)分析的重要性。其實模態(tài)分析非常之重要，它是動力學(xué)分析的一個最基本的分析。

對于定頻振動和隨機(jī)振動，很多廠商有電磁振動臺，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，設(shè)置振動條件，把電池包產(chǎn)品放在振動臺上做實驗。相同的振動條件，輸入到仿真軟件，等于是做虛擬振動臺實驗。

對于疲勞分析，主要研究長時間的定頻振動和隨機(jī)振動引起的疲勞損傷。

對于機(jī)械沖擊分析，7個G的加速度常常會導(dǎo)致電池包局部產(chǎn)生塑形變形。需要定義彈塑性材料模型。

對于跌落分析、擠壓分析、球擊分析等。最先著地的位置肯定會產(chǎn)生較大的不可恢復(fù)的變形，這種不可恢復(fù)的變形也就是塑形變形，也需要定義彈塑性材料模型。擠壓分析，電池包變形更加嚴(yán)重。球擊分析，球擊位置也會產(chǎn)生較大的塑性變形。對于這幾種分析，使用通用結(jié)構(gòu)軟件無法完成求解，需要使用顯式動力學(xué)專用軟件。

責(zé)任編輯：彭菁