[发明专利]一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法，其属于动力电池结构安全、可靠性领域。

背景技术：

电动汽车电池包是电动汽车的能量来源。由于路面不平度的存在，安装在电动汽车上的电池包，会不可避免地承受来自于路面的振动。虽然经过轮胎与悬架的衰减，但作用在电池包上的振动依然不可忽视。一般地，来自路面的激励都是随机的，这种随机振动通常是长时间、低应力持续作用，对电池包结构的影响也是缓慢的。如果电池结构设计不合理，由于振动造成的电池疲劳损伤不断累积，同样会导致电池包结构疲劳失效，影响电池的正常使用，对整车安全性带来隐患。为此，国内外制定了一系列的电池包振动实验室标准。若在振动台架上能完全重复真实道路上电池所承受的载荷，该方法确实能获得准确的疲劳寿命结果。但一般为了缩短试验周期，节约成本，通常在实验室采用的电池包振动标准通常是经过强化、加速。由于强化、加速方法不同，目前国内外主流的关于电池包振动实验室标准有IEC 62660-2，ISO 12405-1，SAE J2380，USABC，ECE R100，UN 38.3等标准。通过对国内外各主流标准进行分析可知，其在振动输入类型、带宽、幅值、试验时长、SOC状态、温度条件等等方面均有较大区别。换言之目前尚无统一的标准来评价电池包结构强度。倘若电池包在振动台架测试结果不满足试验标准，还需要进行重复性设计与试验，试验完成后电芯一般难以再回收利用，因此基于振动台架的电池包结构强度试验综合成本依然很高。基于CAE疲劳仿真预测手段的电池疲劳寿命方法可在电池包设计初期阶段就可对电池包结构强度进行预判，能有效地缩短产品开发周期，降低开发成本。但传统的电池包疲劳寿命预测方法，或是采用准静态计算方法，或是直接采用实验室台架振动标准作为振动疲劳的输入载荷。事实上，电动汽车在运行中对电池包的振动激励相当复杂，经现有技术检索发现，目前尚无以真实路谱作为电池包疲劳寿命计算与预测输入的方法。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法，解决了电池包结构真实载荷谱的无法获取的问题，利用宽带随机振动和多轴疲劳寿命方法，提高了电池包结构疲劳寿命预测精度。

本发明采用如下技术方案：一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法，步骤如下：

(1)、电动汽车道路载荷工况的制定，根据电动汽车汽车用户调查获得，或者直接以某个试验场的可靠性试验标准为依据；

(2)、道路载荷谱采集与分析，按照测试要求，在电动汽车上安装传感器，在轴头处安装加速度信号，弹簧处安装位移传感器，电池包结构上以及相应的车身安装侧布置若干加速度传感器，GPS传感器，对采集到的多组信号在时域、频域、幅值上进行对比，并对信号进行重复性校验，相关性分析；

(3)、整车的多体动力学模型建立，车架或车身部分采用柔性体模型，电池包采用刚体模型，最终整车为一个刚柔耦合动力学模型，在道路测试之前，重新测量车辆的轮胎载荷、重心位置和悬架限位器间隙参数，并根据测量结果对模型进行调整，完整动力学模型之后，需要进行动力学仿真试验验证，以保证动力学模型的正确性；

(4)、多体动力学模型传递函数获取与载荷谱迭代，将整个整车样机模型看作一个系统，路面在轮心处的激励作为输入，各个传感器的响应作为输出，求解输入至输出的传递函数，然后对传递函数求逆，作为由输出反求得到输入的关系，所建立的整车样机模型是一个非线性系统，而传递函数是线性的，需要反复修正驱动信号，使响应信号逼近实测值，最终得到准确的激励输入；

(5)、电池包结构疲劳寿命预测，电动汽车在行驶中，其上安装的电池包结构在安装点处承受来自6个方向的力，包括3个力与3个力矩，安装点的输入力谱起主导作用，只考虑三个方向力的振动输入，根据随机振动理论，电池包结构的应力响应功率谱密度矩阵可写成：

其中为H_σ(f)应力频响函数矩阵，G_σ(f)为输入载荷谱，*为共轭运算，利用Von.Mises等效方法，将其等效成单轴等效应力

G_σeq(f)＝Trace[AG_σσ(f)]

其中Trace为矩阵的迹，A的表达式如下：