电动汽车高压配电箱的随机振动仿真分析及试验验证

1 高压配电箱有限元模型的建立

1.1 高压配电箱的设计模型

根据整车的构造和电量需求，高压配电箱一样平常分为单岔路支路单充、双岔路支路双充、三岔路支路双充三种构造。
本文以单岔路支路单充高压配电箱作为研究工具。

根据单岔路支路单充高压配电箱电气事理，确定各电气部件的安装位置，从而确定高压配电箱箱体总尺寸为304mm404mm216mm(长宽高)、底板尺寸为278mm360mm15mm，并可确定其他干系尺寸。
尺寸确定后，对高压配电箱内线束进行布局。
终极设计的高压配电箱的三维模型如图1所示。

该设计模型使BMS主板的安装方便灵巧，从而减小了配电箱的整体重量和空间尺寸，并在配电箱内增加了水冷机组高压回路和水冷DC/DC高压回路，为液冷电池系统的水冷机组供应高、低压电，以驱动整车空调制冷或制热液冷板内的液体，带走电池包内的热量或者给电池包供应热量，有利于电池包内的热量保持平衡。

1.2 有限元模型的建立

为避免涌现仿真运算不收敛以及网格划分不合理等问题，在担保不影响模型尺寸、刚度、形状以及仿真结果的条件下，采取SCDM建模软件去除设计模型中的小特色构造。
将简化后的模型导入HyperMesh仿真建模软件，建立高压配电箱的有限元模型。
个中箱体、箱盖、底板(材料为Q235)以及铜排(材料为紫铜)等采取shell181单元参数，单元数量为83920;

继电器、接插件等电器元件采取solid185单元进行离散，单元数量为31206。
不同shell单元的厚度依据各钣金件的实际厚度设定。
网格划分完成后，建立各零部件之间的连接关系，末了对各零部件授予相应的单元属性、材料属性等。
高压配电箱的有限元仿真模型总重约21.2kg，与实际称重相差5%以下。

2 高压配电箱随机振动仿真剖析

将1.2节建立的高压配电箱有限元模型导入ANSYS求解软件中，进行随机振动仿真剖析。

2.1 模态剖析

在模型中设置高压配电箱安装孔位全约束的边界条件(此处是模态剖析的边界条件)。
由于低阶频率对构造强度的影响较大，以是模态剖析只针对低阶频率进行。
高压配电箱前15阶频率见表1，范例振型如图2所示。

根据以上模态剖析结果可知，高压配电箱整体频率较高，一阶模态频率超过40Hz，远远避开了整车的一阶固有频率26Hz，因此高压配电箱设计模型的整体刚度适中。

2.2 随机振动剖析

采取模态叠加法对高压配电箱的紧张构造部件进行随机振动强度剖析。
本文只剖析对高压配电箱构造强度影响最大的垂向振动，设置边界条件:安装孔位在横向、纵向施加全约束以及在垂向施加迁徙改变约束;根据模态结果导入模态频率范围为0～400Hz;在高压配电箱安装孔位垂向施加根本PSD值;施加振动阻尼比0.02。
高压配电箱各紧张部件的1应力分布仿真结果见表2。

结果表明，本文所设计的高压配电箱模型的振动应力很小，构造强度较高。

3 随机振动试验验证

按照上述设计模型制造样品，并利用eDAQ设备进行模态及振动强度试验。

1)对该样品的箱体构造进行模态测试。
在高压配电箱体上安装8个三向加速度传感器，采取移动力锤敲击法，利用nCode中的模态剖析模块进行数据处理。
模态试验结果如图3所示，结果表明，该样品在频率为42Hz、74Hz和135Hz时随意马虎产生共振，但这3个频率都远远大于整车一阶固有频率26Hz，与仿真结果符合。

2)在振动台上对样品进行垂直方向的随机振动强度测试，频率范围为0～400Hz;在构造件上贴应变片，贴片位置为仿真结果中应力最大处;利用nCode中的疲倦剖析模块进行数据处理。
样品各紧张部件的振动最大应力试验结果见表3。
从表中可知，试验结果与仿真结果基本符合。

4 结束语

本文对一款高压配电箱进行随机振动仿真剖析，并通过随机振动试验进行验证。
结果表明，该款高压配电箱整体刚度较好、整体强度较高，理论上能够知足电动汽车的利用需求。

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