電池包機械強度連接件強度計算、校核及選型方法、裝置與流程

本公開涉及電池，尤其涉及一種電池包機械強度連接件強度計算、校核及選型方法、裝置。

背景技術：

1、在電池領域，電池包機械強度連接件(如螺栓)常用于電池包箱蓋與箱體之間的連接并進行動力傳遞，具有可靠性高、連接緊密等優點。電池包中電芯在使用壽命末期會產生膨脹力，從而對箱蓋造成擠壓，起連接作用的電池包機械強度連接件將承受較大的軸向拉力。為保證電芯膨脹后箱蓋與箱體不分離或露出縫隙，確保電池包機械強度連接件不發生斷裂極其重要。這個過程涉及到電池包機械強度連接件的強度校核與選型。

2、有限元分析常用于電池包機械強度連接件的強度和剛度計算，根據計算結果可判斷電池包機械強度連接件是否滿足工況要求，或用于指導選擇相應型號的電池包機械強度連接件，具有成本低、計算精度高等優點。但是當電池包機械強度連接件數目較多時，模型中的網格和非線性關系的數量將會嚴重影響計算效率，占用較多的計算資源。

3、而目前進行電池包機械強度連接件強度計算的方法主要是建立電池包機械強度連接件的精細模型或采用剛性單元簡化建模。前者雖然計算精度很高，且能夠提取任意截面位置的應力結果，但是計算效率低；后者使用的剛性單元僅能起到動力傳遞的作用，不可設置預緊力，無法獲取應力計算結果，但計算效率相對前者更高。因此，亟需一種更為精確且計算效率更高的電池包機械強度連接件強度計算方法。

技術實現思路

1、有鑒于此，本公開提出了一種電池包機械強度連接件強度計算、校核及選型方法、裝置，能夠更加高效且精確地計算出電池包機械強度連接件強度。

2、根據本公開的第一方面，提供了一種電池包機械強度連接件強度計算方法，包括：建立電池包機械強度連接件與所述電池包機械強度連接件所連接的兩個被連接件的目標有限元模型，其中，所述目標有限元模型中采用梁單元模擬所述電池包機械強度連接件、采用第一實體單元模擬所述兩個被連接件中被施加指定外載荷的第一被連接件以及采用第二實體單元模擬所述兩個被連接件中被固定約束的第二被連接件，所述梁單元兩端節點分別與所述第一實體單元上的環形區域以及所述第二實體單元上的環形區域之間建立有動力耦合約束，兩個環形區域表征所述電池包機械強度連接件的兩端各自與所述兩個被連接件的接觸區域；通過將所述兩個環形區域等效為兩個彈簧，確定所述兩個環形區域各自對應的剛度系數；根據所述兩個環形區域各自對應的剛度系數、所述電池包機械強度連接件的預設預緊力以及預設電池包機械強度連接件參數，確定所述電池包機械強度連接件的溫度變化量，所述溫度變化量表征所述電池包機械強度連接件由于溫度降低發生收縮至產生所述預設預緊力時所降低的溫度值，所述預設電池包機械強度連接件參數包括所述電池包機械強度連接件的熱膨脹系數、彈性模量、公稱直徑；通過在使所述目標有限元模型中所述梁單元所在溫度場降低所述溫度變化量之后為所述第一實體單元施加所述指定外載荷，得到所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力，所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力用于表征所述電池包機械強度連接件的強度。

3、在第一方面的一種可能的實現方式中，所述通過將所述兩個環形區域等效為兩個彈簧，確定所述兩個環形區域各自對應的剛度系數，包括：分別建立所述第一被連接件的第一有限元分析模型以及所述第二被連接件的第二有限元分析模型；分別將所述第一有限元分析模型與所述第二有限元分析模型的一端固定，并對所述第一有限元分析模型與所述第二有限元分析模型各自在另一端上的環形區域分別施加垂直方向上的壓力，得到所述第一被連接件與所述第二被連接件對應的兩條壓縮位移-壓力關系曲線；將所述兩條壓縮位移-壓力關系曲線各自在彈性階段的斜率，確定為所述兩個環形區域各自對應的剛度系數。

4、在第一方面的一種可能的實現方式中，所述根據所述兩個環形區域各自對應的剛度系數、所述電池包機械強度連接件的預設預緊力以及預設電池包機械強度連接件參數，確定所述電池包機械強度連接件的溫度變化量，包括：

5、當所述兩個環形區域各自對應的剛度系數相同時，所述電池包機械強度連接件的溫度變化量的計算公式為：

6、

7、其中，δt為溫度變化量，k為所述剛度系數，p0為所述電池包機械強度連接件的預設預緊力，e0為所述電池包機械強度連接件的彈性模量，α為所述電池包機械強度連接件的熱膨脹系數，d0為所述電池包機械強度連接件的公稱直徑，l0為所述梁單元的長度，π為圓周率。

8、在第一方面的一種可能的實現方式中，所述根據所述兩個環形區域各自對應的剛度系數、所述電池包機械強度連接件的預設預緊力以及預設電池包機械強度連接件參數，確定所述電池包機械強度連接件的溫度變化量，包括：

9、當所述兩個環形區域各自對應的剛度系數不同時，所述電池包機械強度連接件的溫度變化量的計算公式為：

10、

11、其中，δt為溫度變化量，k1和k2為所述兩個環形區域各自對應的剛度系數，p0為所述電池包機械強度連接件的預設預緊力，e0為所述電池包機械強度連接件的彈性模量，α為所述電池包機械強度連接件的熱膨脹系數，d0為所述電池包機械強度連接件的公稱直徑，l0為所述梁單元的長度，π為圓周率。

12、在第一方面的一種可能的實現方式中，所述目標有限元模型中所述梁單元的長度為所述兩個被連接件的厚度總和，所述梁單元的截面直徑等于所述電池包機械強度連接件的公稱直徑，所述梁單元設置有所述電池包機械強度連接件的熱膨脹系數以及彈性模量；所述第一實體單元設置有所述第一被連接件的彈性模量，所述第二實體單元設置有所述第二被連接件的彈性模量；所述節點應力包括mises應力；所述電池包機械強度連接件為螺栓，所述兩個環形區域為所述螺栓的螺栓頭和螺母分別與所述兩個被連接件的接觸區域。

13、根據本公開的第二方面，提供了一種電池包機械強度連接件強度校核方法，其中包括第一方面任一項所述的電池包機械強度連接件強度計算方法，所述校核方法還包括：根據所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力，確定所述梁單元軸向上的最大軸向節點力和/或所述梁單元上的最大節點應力；根據所述最大軸向節點力和/或最大節點應力，以及，所述電池包機械強度連接件對應的許用應力，確定所述電池包機械強度連接件的強度校核結果，所述強度校核結果表征所述電池包機械強度連接件的強度是否合格。

14、在第二方面的一種可能的實現方式中，所述根據所述最大軸向節點力和/或最大節點應力，以及，所述電池包機械強度連接件對應的許用應力，確定所述電池包機械強度連接件的強度校核結果，包括：根據所述最大軸向節點力以及所述梁單元的截面面積，確定所述最大軸向節點力對應的軸向節點應力；在所述最大軸向節點力對應的軸向節點應力小于或等于所述許用應力的情況下，確定所述電池包機械強度連接件的強度合格；在所述最大軸向節點力對應的軸向節點應力大于所述許用應力的情況下，確定所述電池包機械強度連接件的強度不合格。

15、在一種可能的實現方式中，所述電池包機械強度連接件為螺栓，所述最大節點應力包括最大mises應力，所述根據所述最大軸向節點力和/或最大節點應力，以及，所述電池包機械強度連接件對應的許用應力，確定所述電池包機械強度連接件的強度校核結果，包括：在所述最大mises應力小于或等于所述許用應力的情況下，確定所述螺栓的強度合格；在所述最大mises應力大于所述許用應力的情況下，確定所述螺栓的強度不合格。

16、根據本公開的第三方面，提供了一種電池包機械強度連接件選型方法，其中包括第二方面任一項所述的校核方法，所述選型方法還包括：在所述電池包機械強度連接件的強度校核結果表征所述電池包機械強度連接件的強度不合格的情況下，通過增大電池包機械強度連接件的許用應力，和/或，增大電池包機械強度連接件的公稱直徑，得到新型號電池包機械強度連接件；利用第二方面任一項所述的校核方法確定所述新型號電池包機械強度連接件的強度校核結果，直至強度校核結果表征新型號電池包機械強度連接件的強度合格。

17、根據本公開的第四方面，提供了一種電池包機械強度連接件強度計算裝置，包括：模型建立模塊，用于建立電池包機械強度連接件與所述電池包機械強度連接件所連接的兩個被連接件的目標有限元模型，其中，所述目標有限元模型中采用梁單元模擬所述電池包機械強度連接件、采用第一實體單元模擬所述兩個被連接件中被施加指定外載荷的第一被連接件以及采用第二實體單元模擬所述兩個被連接件中被固定約束的第二被連接件，所述梁單元兩端節點分別與所述第一實體單元上的環形區域以及所述第二實體單元上的環形區域之間建立有動力耦合約束，兩個環形區域表征所述電池包機械強度連接件的兩端與所述兩個被連接件的接觸區域；剛度系數確定模塊，用于通過將所述兩個環形區域等效為兩個彈簧，確定所述兩個環形區域各自對應的剛度系數；溫度變化量確定模塊，用于根據所述兩個環形區域各自對應的剛度系數、所述電池包機械強度連接件的預設預緊力以及預設電池包機械強度連接件參數，確定所述電池包機械強度連接件的溫度變化量，所述溫度變化量表征所述電池包機械強度連接件由于溫度降低發生收縮至產生所述預設預緊力時所降低的溫度值，所述預設電池包機械強度連接件參數包括所述電池包機械強度連接件的熱膨脹系數、彈性模量、公稱直徑；強度計算模塊，用于通過在使所述目標有限元模型中所述梁單元所在溫度場降低所述溫度變化量之后為所述第一實體單元施加所述指定外載荷，得到所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力，所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力用于表征所述電池包機械強度連接件的強度。

18、根據本公開的第五方面，提供了一種電池包機械強度連接件強度校核裝置，其中包括第四方面的電池包機械強度連接件強度計算裝置，所述校核裝置還包括：最大值確定模塊，用于根據所述梁單元上多個節點所承受的節點力和/或節點應力，確定所述梁單元軸向上的最大軸向節點力和/或所述梁單元上的最大節點應力；校核模塊，用于根據所述最大軸向節點力和/或最大節點應力，以及，所述電池包機械強度連接件對應的許用應力，確定所述電池包機械強度連接件的強度校核結果，所述強度校核結果表征所述電池包機械強度連接件的強度是否合格。

19、根據本公開的第六方面，提供了一種電池包機械強度連接件選型裝置，其中包括第五方面的校核裝置，所述選型裝置還包括：優化模塊，用于在所述電池包機械強度連接件的強度校核結果表征所述電池包機械強度連接件的強度不合格的情況下，通過增大電池包機械強度連接件的許用應力，和/或，增大電池包機械強度連接件的公稱直徑，得到新型號電池包機械強度連接件；重新校核模塊，用于利用第五方面的校核裝置確定所述新型號電池包機械強度連接件的強度校核結果，直至強度校核結果表征新型號電池包機械強度連接件的強度合格。

20、據本公開的第七方面，提供了一種電子設備，包括：處理器；用于存儲處理器可執行指令的存儲器；其中，所述處理器被配置為在執行所述存儲器存儲的指令時，實現上述方法。

21、根據本公開的第八方面，提供了一種非易失性計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序指令，其中，所述計算機程序指令被處理器執行時實現上述方法。

22、根據本公開的第九方面，提供了一種計算機程序產品，包括計算機可讀代碼，或者承載有計算機可讀代碼的非易失性計算機可讀存儲介質，當所述計算機可讀代碼在電子設備的處理器中運行時，所述電子設備中的處理器執行上述方法。

23、根據本公開的各方面，通過采用梁單元簡化電池包機械強度連接件建模并采用動力耦合約束兩個被連接件的實體單元上表征接觸區域的環形區域，并通過確定等效成彈簧的環形區域的剛度系數來確定產生預設預緊力時的溫度變化量，再令梁單元所在溫度場降低上述溫度變化量，可以實現通過虛擬熱變形法為梁單元施加指定預緊力，再對第一被連接件的第一實體單元施加指定外載荷，可以實現更加高效且精確地計算出梁單元上各個節點的節點力和/或節點應力，也即實現更加高效且精確地得到電池包機械強度連接件的強度，進而有利于提高電池包機械強度連接件強度校核以及電池包機械強度連接件選型的精度和效率。

24、根據下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本公開的其它特征及方面將變得清楚。