COMPARATIVE STUDY ON DAMAGE OF POWER BATTERY BOX UNDER DIFFERENT VIBRATION SPECTRUMS

ZHAO Lihui; PAN Yu; FENG Jinzhi; ZHENG Songlin; ZHANG Dongdong

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.002

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COMPARATIVE STUDY ON DAMAGE OF POWER BATTERY BOX UNDER DIFFERENT VIBRATION SPECTRUMS

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-07-10

- COMPARATIVE STUDY ON DAMAGE OF POWER BATTERY BOX UNDER DIFFERENT VIBRATION SPECTRUMS
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 7, Pages: 14-23(2025)
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学机械工程学院，上海 200093
  2.机械工业汽车机械零部件强度与可靠性评价重点实验室，上海 200093
  3.上海市新能源汽车可靠性评价专业技术服务平台，上海 200093
- 作者简介：
  
  ZHANG Dongdong, E-mail: dongdongzhang@usst.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51705322)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.002
  CLC： U463.1
- Received：28 November 2023，
  
  Revised：22 December 2023，
  
  Published：15 July 2025
- 稿件说明：
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赵礼辉，潘羽，冯金芝，等. 不同振动谱下动力电池箱损伤对比研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：14-23.

ZHAO Lihui，PAN Yu，FENG Jinzhi，et al. Comparative study on damage of power battery box under different vibration spectrums［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：14-23.
赵礼辉，潘羽，冯金芝，等. 不同振动谱下动力电池箱损伤对比研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：14-23. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.002.

ZHAO Lihui，PAN Yu，FENG Jinzhi，et al. Comparative study on damage of power battery box under different vibration spectrums［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：14-23. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.002.

摘要

针对电动汽车电池箱的振动疲劳问题，以实车试验场测试载荷为基础，基于单轴和多轴（顺序加载、耦合加载）振动载荷，对比分析电池箱疲劳性能。首先，在试验场采集电池箱上敏感点处的三向加速度载荷，对不同测点载荷同一方向的功率谱密度分别进行拟合与对比分析，并通过频域损伤等效方法对功率谱密度进行加速处理，获得试验场规范下的随机振动三向加速度功率谱密度分布特征。其次，基于随机振动疲劳分析理论，构建了电池箱的多轴顺序激励、多轴耦合激励；基于疲劳损伤等效，构建了单轴强化谱激励。最后，数值仿真对比分析了三种激励下电池箱的疲劳损伤。结果表明，三种激励下电池箱的损伤位置一致，多轴耦合激励损伤大于多轴顺序激励，单轴强化谱对多轴耦合损伤的复现效果较好。这可为基于单轴强化载荷谱开展电池箱的振动疲劳快速试验提供指导。

Abstract

Aiming at the vibration fatigue problem of the battery box of electric vehicles

based on the test loads in the real vehicle test field

the fatigue performance of the battery box was compared and analyzed based on single-axis and multi-axis (sequential loading

coupled loading) vibration loads. Firstly

the three-directional acceleration loads were collected at the sensitive points on the battery box in the test field. The power spectral densities were fitted and compared in the same direction of the loads at different measurement points respectively

and the power spectral densities were accelerated through the frequency-domain damage equivalence method to obtain the distribution characteristics of the random vibration three-directional acceleration power spectral densities under the test field specification. Secondly

based on the theory of random vibration fatigue analysis

the multi-axis sequential excitation and multi-axis coupled excitation of the battery box were constructed. Based on fatigue damage equivalence

a uniaxial strengthening spectrum excitation was constructed. Finally

the fatigue damage of the battery box under three kinds of excitation was compared and analyzed by the numerical simulation. The results show that the damage locations of the battery box are consistent under the three excitations. The damage under multi-axis coupled excitation is greater than that under multi-axis sequential excitation

and the single-axis enhancement spectrum has a better reproduction effect on the multi-axis coupled damage. This can provide guidance for conducting rapid vibration fatigue tests of battery boxes based on uniaxial enhanced load spectra.

关键词

Keywords

references

杨世春，卢宇，周思达，等 . 车用动力电池标准体系研究与分析［J］. 机械工程学报， 2023 ， 59 （ 22 ）： 3 - 19 .

YANG Shichun ， LU Yu ， ZHOU Sida ， et al . Research progress of standards for lithium-ion batteries on electric vehicle ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2023 ， 59 （ 22 ）： 3 - 19 . （In Chinese）

闫婉，杨凯贺，潘琼瑶 . 电动汽车用动力电池振动疲劳测试方法开发［J］. 机械设计与研究， 2021 ， 37 （ 5 ）： 154 - 158 .

YAN Wan ， YANG Kaihe ， PAN Qiongyao . Electric vehicles traction battery vibration fatigue test procedure development ［J］. Mechanical Design & Research ， 2021 ， 37 （ 5 ）： 154 - 158 . （In Chinese）

刘芬，王建明，李潇潇 . 动车水箱焊缝随机振动疲劳寿命的时域法研究［J］. 材料保护， 2020 ， 53 （ 8 ）： 63 - 67 .

LIU Fen ， WANG Jianming ， LI Xiaoxiao . Study on random vibration fatigue life of weld seam in water tank of electric multiple unit based on time domain method ［J］. Materials Protection ， 2020 ， 53 （ 8 ）： 63 - 67 . （In Chinese）

王明珠 . 结构振动疲劳寿命分析方法研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2009 ： 1 - 128 .

WANG Mingzhu . Research on life analysis method for structure vibration fatigue ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2009 ： 1 - 128 . （In Chinese）

毛森鑫，时寒阳，李开响，等 . 振动疲劳载荷谱编制与试验验证［J］. 航空学报， 2022 ， 43 （ 7 ）： 504 - 518 .

MAO Senxin ， SHI Hanyang ， LI Kaixiang ， et al . Vibration fatigue load spectrum compilation and test verification ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 504 - 518 . （In Chinese）

戴江梁，熊飞，刘静，等 . 基于某车型动力电池包的随机振动疲劳分析与结构设计改进［J］. 机械强度， 2020 ， 42 （ 5 ）： 1266 - 1270 .

DAI Jiangliang ， XIONG Fei ， LIU Jing ， et al . Random vibration fatigue analysis and structural design improvement of battery pack based on an vehicle ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2020 ， 42 （ 5 ）： 1266 - 1270 . （In Chinese）

乔红娇，戴道成，涂家富，等 . 某动力电池包箱体结构安全性分析及优化［J］. 电源技术， 2023 ， 47 （ 8 ）： 1064 - 1068 .

QIAO Hongjiao ， DAI Daocheng ， TU Jiafu . Safety analysis and optimization of a power battery box structure ［J］. Chinese Journal of Power Sources ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 1064 - 1068 . （In Chinese）

黄培鑫，兰凤崇，陈吉清 . 随机振动与冲击条件下电动车电池包结构响应分析［J］. 汽车工程， 2017 ， 39 （ 9 ）： 1087 - 1093 .

HUANG Peixin ， LAN Fengchong ， CHEN Jiqing . The structural response analysis of EV battery pack under random vibration and impact conditions ［J］. Automotive Engineering ， 2017 ， 39 （ 9 ）： 1087 - 1093 . （In Chinese）

王文伟，程雨婷，姜卫远，等 . 电动汽车电池箱结构随机振动疲劳分析［J］. 汽车工程学报， 2016 ， 6 （ 1 ）： 10 - 14 .

WANG Wenwei ， CHENG Yuting ， JIANG Weiyuan ， et al . Random vibration fatigue analysis of electric vehicle battery box ［J］. Chinese Journal of Automotive Engineering ， 2016 ， 6 （ 1 ）： 10 - 14 . （In Chinese）

SAKAMOTO J J ， SHIBUTANI T . Analysis of fatigue damage of aluminium alloy under multiaxial random vibration ［C］// 22nd European Conference on Fracture：Loading and Environmental Effects on Structural Integrity . Curran Associates ， Inc. ， 2018 ： 529 - 534 .

孔治国，李文帅，黄炘，等 . 电动汽车电池包振动条件关键问题研究［C］// 中国汽车工程学会 . 2019中国汽车工程学会年会论文集（ 4 ）. 北京：中国汽车工程学会， 2019 ： 735 - 739 .

KONG Zhiguo ， LI Wenshuai ， HUANG Xin ， et al . Key problems of battery pack vibration condition of electric vehicle ［C］// China Society of Automotive Engineers . 2019 China Society of Automotive Engineers Annual Conference Collection（ 4 ）. Beijing ： China Society of Automotive Engineers ， 2019 ： 735 - 739 . （In Chinese）

赵礼辉，杨鹏，翁硕，等 . 四立柱可靠性试验载荷谱标准化方法研究［J］. 振动与冲击， 2022 ， 41 （ 5 ）： 251 - 260 .

ZHAO Lihui ， YANG Peng ， WENG Shuo ， et al . Standardization method of load spectrum for reliability tests of four poster ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2022 ， 41 （ 5 ）： 251 - 260 . （In Chinese）

王举金 . 多轴随机振动疲劳预测与加速疲劳试验研究［D］. 成都：西南交通大学， 2019 ： 001407 .

WANG Jujin . Fatigue prediction and accelerated fatigue test of multiaxial random vibration ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2019 ： 001407 . （In Chinese）

DEMIREL G İ ， KAYRAN A . Implementation of Dirlik’s damage model for the vibration fatigue analysis ［J］. Procedia Structural Integrity ， 2019 ， 21 ： 101 - 111 .

工业和信息化部 . 电动汽车用动力蓄电池安全要求： GB 38031—2020 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2020 ： 1 - 36 .

Ministry of Industry and Information Technology . Electric vehicles traction battery safety requirements ： GB 38031—2020 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2020 ： 1 - 36 . （In Chinese）

贺光宗，陈怀海，贺旭东 . 一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法［J］. 振动与冲击， 2015 ， 34 （ 7 ）： 59 - 63 .

HE Guangzong ， CHEN Huaihai ， HE Xudong . A vibration fatigue life prediction method for the structure under multi-axial random excitation ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2015 ， 34 （ 7 ）： 59 - 63 . （In Chinese）

万长东，王敏，娄豫皖，等 . 动力电池单轴向与三轴向随机振动响应分析［J］. 机械设计与制造， 2023 （ 4 ）： 261 - 264 .

WAN Changdong ， WANG Min ， LOU Yuwan ， et al . Response characteristics analysis of uniaxial and triaxial random vibration of power battery ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2023 （ 4 ）： 261 - 264 . （In Chinese）

高代阳 . 结构多轴振动疲劳寿命预测的频域法［D］. 南京：南京航空航天大学， 2020 ： 1 - 129 .

GAO Daiyang . Spectral method for multiaxial fatigue life prediction of structures under random vibration loadings ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2020 ： 1 - 129 . （In Chinese）

张方，周凌波，姜金辉，等 . 基于频域法的随机振动疲劳加速试验设计［J］. 振动、测试与诊断， 2016 ， 36 （ 4 ）： 659 - 664 .

ZHANG Fang ， ZHOU Lingbo ， JIANG Jinhui ， et al . Random vibration fatigue accelerated test design based on frequency domain methods ［J］. Journal of Vibration ，Measurement & Diagnosis， 2016 ， 36 （ 4 ）： 659 - 664 . （In Chinese）

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