[发明专利]电芯随机振动的处理方法与装置

说明书

本发明公开了一种电芯随机振动的处理方法与装置。其中，该方法包括：将频域中的电芯随机振动的加速度功率谱密度转换成时域内的随机载荷；依据随机载荷并利用显式动力学软件，对壳体与极组之间存在间隙的电芯进行随机振动的仿真处理。本发明解决了相关技术中在频域内无法准确计算出极限工况下的电芯随机振动的技术问题。

技术领域

本发明涉及动力电池领域，具体而言，涉及一种电芯随机振动的处理方法与装置。

背景技术

由于路面不平度的存在，电动汽车及其安装在其上的电池系统不可避免地承受来自路面的振动。一般地，来自路面的振动激励都是长时间、低应力的随机载荷。为评估这种随机振动对电池系统结构造成的损伤，国内外制定了一系列振动标准。应用这些振动标准，借助CAE仿真技术，可以快速实现电池系统结构刚强度的仿真评估，从而缩短试验周期，节约成本。

目前，国内外制定的动力电池系统随机振动试验标准中，随机载荷信号均是在频域中表征的，通常采用功率谱密度(PSD)曲线表示。例如，GB/T 31467.3-2015、GB38031、UN38.3、SAE2380等国内外标准规定的动力电池随机振动试验，采用的随机激励就是加速度功率谱密度曲线。

针对电芯的随机振动仿真分析也是在频域中进行的。图1是根据现有技术的一种电芯随机振动仿真的流程图，如图1所示。模态和频响分析是随机振动分析的基础，其中，模态求解控制方程为，频响求解控制方程为，其中为质量矩阵，其中为阻尼矩阵，为刚度矩阵，为节点位移，为节点速度，为节点加速度。由控制方程可知，模态分析和频响均为线性分析，相应地，随机振动分析也是线性分析，即电芯振动仿真分析计算的是线性工况。

在频域中进行的随机振动仿真分析是基于模态或频响的线性分析，尽管可以考虑预应力模态，但也只能进行基于初始条件的仿真计算，无法进一步考虑复杂的非线性。具体限制为：

1）无法考虑几何非线性，即无法考虑振动过程中的大应变；

2）无法考虑材料非线性，即所有的材料均为线弹性材料，不考虑塑性应变；

3）无法考虑接触非线性，即，只能考虑初始时刻的接触状态，振动过程中，接触状态不会发生变化，而这跟实际振动过程是不符的。

基于以上限制，极限工况下的电芯随机振动在频域内无法进行准确计算的。极限工况下，电芯极组与壳体间是存在间隙的，实际振动过程中，极组与壳体间存在接触和分离两种状态，而且两种接触状态可能是时时变化的，同时，也是摩擦接触，是明显的非线性振动问题。而频域中随机振动仿真分析是线性分析，只能处理一种接触状态，因此无法进行考虑壳体实际间隙的电芯随机振动仿真计算。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种电芯随机振动的处理方法与装置，以至少解决相关技术中在频域内无法准确计算出极限工况下的电芯随机振动的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电芯随机振动的处理方法，包括：将频域中的电芯随机振动的加速度功率谱密度转换成时域内的随机载荷；依据所述随机载荷并利用显式动力学软件，对壳体与极组之间存在间隙的电芯进行随机振动的仿真处理。

可选地，将频域中的电芯随机振动的加速度功率谱密度转换成时域内的随机载荷，包括：确定所述加速度功率谱密度的不同类型的谱段以及各个谱段对应的频率范围；确定在所述各个谱段对应的频率范围内所述各个谱段对应的系数、频率以及随机相位角；依据所述各个谱段对应的系数、频率以及随机相位角，得到时域内的随机载荷函数；依据所述随机载荷函数，确定转换后所述随机载荷。

可选地，确定所述加速度功率谱密度的不同类型的谱段，包括：将所述加速度功率谱密度划分为不同类型的谱段，其中，所述谱段包括升谱、平谱和降谱。