擠壓測試是模擬電池包在某些事故中受到擠壓的情形，試驗(yàn)裝置如圖7所示。采用圖8所示的單拱或者三拱擠壓頭對電池邊框施加載荷，分別沿X向和Y向進(jìn)行測試，允許X向和Y向分別采用不同的試驗(yàn)對象。

圖7 擠壓測試裝置

擠壓動作近似準(zhǔn)靜態(tài)，速度不超過2mm/s，擠壓力達(dá)到 100 kN 或擠壓變形量達(dá)到擠壓方向的整體尺寸的 30%時(shí)停止擠壓。要求不起火、不爆炸。

仿真分析無法對不起火不爆炸這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化，所以建議仿真目標(biāo)值為擠壓力達(dá)到100kN 時(shí)，內(nèi)部管線不發(fā)生擠壓和撞擊，電池芯體的應(yīng)變<5%?，F(xiàn)行法規(guī)要求電池芯體至少能承受15%的變形而不發(fā)生起火爆炸，所以仿真目標(biāo)設(shè)定為芯體應(yīng)變<5%是比較穩(wěn)妥的。

電池?cái)D壓仿真可選擇顯式或隱式有限元法，用一剛性體模擬擠壓板，通常只考慮單拱型擠壓板即可。

圖8 單拱形和三拱形擠壓板

仿真分析中需考慮材料彈塑性、大變形和接觸這三重非線性因素。采用顯式算法時(shí)，無法實(shí)施2mm/s的緩慢加載，通常要將加載速度提高至少100倍，有可能造成仿真結(jié)果與實(shí)際不符。所以推薦使用隱式算法，例如Abaqus/standard。

報(bào)批稿規(guī)定的擠壓載荷只有100kN，強(qiáng)度偏低。是電池包通常都是受到車身結(jié)構(gòu)的保護(hù)，實(shí)際很難出現(xiàn)側(cè)邊直接被擠壓的場景。所以我們的測試和仿真并不需要將考察標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)，滿足報(bào)批稿要求即可。在后續(xù)的整車級試驗(yàn)和仿真中，再根據(jù)結(jié)果再決定是否要加強(qiáng)電池包框架結(jié)構(gòu)。

但也有例外情況，某些車型的電池包邊框局部直接暴露，未受到車體結(jié)構(gòu)保護(hù)，發(fā)生事故時(shí)可能直接受到撞擊或擠壓，此時(shí)100kN的載荷不足以覆蓋實(shí)際工況。所以建議對這些邊框局部位置，采用500kN的擠壓載荷進(jìn)行考核。

結(jié)語

振動疲勞、機(jī)械沖擊和模擬碰撞測試，都是將電池包與一剛性框架連接，再將剛性框架固定在試驗(yàn)臺架或者臺車上。電池包和剛性框架的連接必須與實(shí)車電池包和車身的連接一致。進(jìn)行仿真分析也需要保證電池包有限元模型的約束符合實(shí)際裝車狀態(tài)。

對于擠壓測試，電池包平放于試驗(yàn)臺面上，一側(cè)緊靠剛性壁面，另一側(cè)用擠壓頭加載。電池包與試驗(yàn)臺面之間不能有固定連接。如果加載時(shí)電池包會移動，可以在電池包和剛性壁面之間增加輔助支撐。進(jìn)行仿真分析時(shí)也需要再現(xiàn)測試狀態(tài)，在有限元模型中體現(xiàn)電池包側(cè)邊與剛性壁之間的接觸約束。

本文建議測試和仿真都采用比報(bào)批稿更嚴(yán)苛的載荷條件，這就要求電池包框架和外殼要設(shè)計(jì)得更強(qiáng)壯，將導(dǎo)致整包質(zhì)量增加和能量密度降低，影響補(bǔ)貼金額。為解決電池包結(jié)構(gòu)加強(qiáng)導(dǎo)致能量密度降低的問題，可以考慮為電池包設(shè)計(jì)一個(gè)加強(qiáng)托架，電池包用螺栓連接到托架上，托架再連接到車身上，如圖9所示。

圖9 電池包螺接托架

按照現(xiàn)行法規(guī)，對于加強(qiáng)托架與電池包本體螺接的情況，企業(yè)可以將托架歸屬到車身，測試能量密度時(shí)就可不帶托架，當(dāng)然進(jìn)行報(bào)批稿中各項(xiàng)測試時(shí)也不能帶托架。

因此，我們可以將電池包殼體和內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)盡可能減重，只保證滿足報(bào)批稿中的基本要求，以實(shí)現(xiàn)整包能量密度的提升。本文建議的更嚴(yán)苛的考核指標(biāo)則是通過托架的加強(qiáng)作用來達(dá)成。

對于電池包結(jié)構(gòu)，僅考核振動疲勞、機(jī)械沖擊、模擬碰撞和擠壓這幾個(gè)工況是非常不充分的，至少還要考察電池包的整體和局部剛度、模態(tài)以及極限工況下的強(qiáng)度，還應(yīng)考慮整車狀態(tài)下電池包的結(jié)構(gòu)安全，尤其要關(guān)注底部球擊和刮底這兩個(gè)整車工況。