基于某车型动力电池包底部撞击试验的仿真研究

戴江梁; 孟祥宇; 陈琪

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.021

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于某车型动力电池包底部撞击试验的仿真研究

·实验研究·测试技术· | 更新时间：2026-07-17

- 基于某车型动力电池包底部撞击试验的仿真研究
- Simulation research on bottom crash test of power battery pack based on a specific vehicle
- 机械强度 2026年48卷第7期页码：183-190
- 作者机构：
  
  广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434
- 作者简介：
  
  DAI Jiangliang, E-mail: hnly_djl@163.com
- 基金信息：
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.021
  中图分类号： TH122
- 收稿：2024-09-29，
  
  修回：2024-11-21，
  
  网络首发：2025-02-13，
  
  纸质出版：2026-07-15
- 稿件说明：
移动端阅览
戴江梁，孟祥宇，陈琪. 基于某车型动力电池包底部撞击试验的仿真研究［J］. 机械强度，2026，48（7）：183-190.

Dai Jiangliang，Meng Xiangyu，Chen Qi. Simulation research on bottom crash test of power battery pack based on a specific vehicle［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：183-190.
戴江梁，孟祥宇，陈琪. 基于某车型动力电池包底部撞击试验的仿真研究［J］. 机械强度，2026，48（7）：183-190. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.021.

Dai Jiangliang，Meng Xiangyu，Chen Qi. Simulation research on bottom crash test of power battery pack based on a specific vehicle［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：183-190. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.021.

摘要

目的

动力电池在充放电过程中表现出显著的应力及形变特性，这对电池的管理与成组设计提出了更高要求。为准确评估动力电池包在底部撞击试验中的结构强度状态及电池单体的安全健康状态，需明确界定单体电池在特定场景或工况下触发起火爆炸的临界侵入量。采用仿真手段对动力电池包底部撞击试验中结构的强度状态及电池单体的安全状态进行了准确预测，并基于数值试验模型，深入分析了撞击过程中的动力学响应特性与能量分配规律。

方法

首先，基于显式动力学理论与有限元方法，利用Abaqus软件构建了动力电池包底部撞击的显式非线性有限元数值模型；然后，计算并评估了关键部件的位移响应、等效塑性应变及系统的能量分布规律。

结果

结果表明，仿真预测的被撞击部件变形形状、侵入量及强度状态与试验实测结果高度吻合，底护板、液冷板和电池壳体侵入量的仿真精度分别为94.36%、98.80%、96.78%。球头对电池包底部的最大撞击力为27 299 N。撞击总能量的80.96%转换为底护板、液冷板与电池单体外壳的应变能，且核心部件的吸能占比与被侵入量成正相关特性。研究成果可为动力电池包底部安全防护方案的力学性能设计提供数字化评估方法与理论参考。

Abstract

Objective

Significant stress and deformation characteristics are exhibited by power batteries during charging and discharging

and higher requirements are imposed on battery management and pack design accordingly. To accurately evaluate the structural strength state of power battery packs and the safety and health state of single cells in bottom impact tests

the critical intrusion amount that triggers fire and explosion of single cells under specific scenarios or working conditions shall be clearly defined. Accurate predictions of the structural strength state of power battery packs and the safety state of single cells in bottom impact tests were performed by means of simulation methods. Based on the numerical test model

the dynamic response characteristics and energy distribution laws during the impact process were thoroughly analyzed.

Methods

Firstly

a refined explicit dynamic finite element model for the bottom crash test of a power battery pack was established using Abaqus software. Secondly

the displacement

equivalent plastic strain

and energy distribution of the structures were calculated and evaluated.

Results

Simulation results show that the deformation shapes

intrusion amounts

and strength statuses of the impacted components are highly consistent with the test data. The simulation accuracies for the intrusion amounts of the bottom guard plate

liquid-cooled plate

and battery cell housing are 94.36%

98.80%

and 96.78%

respectively. The maximum impact force of the ball head reaches 27 299 N. Concurrently

80.96% of the total impact energy is converted into the strain energy of the main impacted components

and their energy absorption proportions correlate positively with the corresponding intrusion depths. These findings provide a valuable theoretical reference for the underbody safety protection design of battery packs.

关键词

Keywords

references

李志杰，陈吉清，兰凤崇，等 . 机械外力下动力电池包的系统安全性分析与评价［J］. 机械工程学报， 2019 ， 55 （ 12 ）： 137 - 148 .

Li Zhijie ， Chen Jiqing ， Lan Fengchong ， et al . Analysis and evaluation on system safety of power battery pack under mechanical loading ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2019 ， 55 （ 12 ）： 137 - 148 . （In Chinese）

Pan Y J ， Xiong Y ， Dai W ， et al . Crush and crash analysis of an automotive battery-pack enclosure for lightweight design ［J］. International Journal of Crashworthiness ， 2022 ， 27 （ 2 ）： 500 - 509 .

杨威 . 车用动力电池包底部碰撞安全性分析［D］. 广州：华南理工大学， 2019 ： 27 - 32 .

Yang Wei . Safety Analysis of bottom crash of vehicle power battery pack ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2019 ： 27 - 32 . （In Chinese）

许鑫，郭世永 . 电池包底部穿刺内部结构变形位移响应仿真分析［J］. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2020 ， 34 （ 6 ）： 61 - 68 .

Xu Xin ， Guo Shiyong . Simulation of battery pack structure deformation and displacement due to bottom puncture ［J］. Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science）， 2020 ， 34 （ 6 ）： 61 - 68 . （In Chinese）

Xia Y ， Wierzbicki T ， Sahraei E ， et al . Damage of cells and battery packs due to ground impact ［J］. Journal of Power Sources ， 2014 ， 267 ： 78 - 97 .

王超，成艾国，张承霖，等 . 面向刮底安全的电池包防护结构轻量化设计［J］. 中国机械工程， 2023 ， 34 （ 19 ）： 2343 - 2352 .

Wang Chao ， Cheng Aiguo ， Zhang Chenglin ， et al . Lightweight design of protective structures of battery packs for bottom-scraping safety ［J］. China Mechanical Engineering ， 2023 ， 34 （ 19 ）： 2343 - 2352 . （In Chinese）

黄芦 . 车用动力电池包底部冲击响应分析及安全性评价［D］. 广州：华南理工大学， 2021 ： 15 - 30 .

Huang Lu . Impact response analysis and safety evaluation of the bottom of EV battery pack ［D］. Guangzhou ： South China University of Technology ， 2021 ： 15 - 30 . （In Chinese）

王国杰，余海龙，何恩泽，等 . 电动汽车正面刮底工况设计及电池包防护优化分析［J］. 汽车工程学报， 2022 ， 12 （ 3 ）： 294 - 300 .

Wang Guojie ， Yu Hailong ， He Enze ， et al . Design of front bottom collision condition and optimization of battery pack protection for electric vehicles ［J］. Chinese Journal of Automotive Engineering ， 2022 ， 12 （ 3 ）： 294 - 300 . （In Chinese）

周飞 . 纯电动汽车电池包托底分析及改善［J］. 北京汽车， 2019 （ 5 ）： 15 - 17 .

Zhou Fei . Analysis and improvement of battery pack bottom impact of blade electric vehicle ［J］. Beijing Automotive Engineering ， 2019 （ 5 ）： 15 - 17 . （In Chinese）

王月，辛鹏程，周大永，等 . 基于交通事故统计的电池包底部碰撞研究［J］. 汽车工程， 2021 ， 43 （ 11 ）： 1730 - 1735 .

Wang Yue ， Xin Pengcheng ， Zhou Dayong ， et al . Study on the collision of battery pack bottom based on traffic accident statistics ［J］. Automotive Engineering ， 2021 ， 43 （ 11 ）： 1730 - 1735 . （In Chinese）

Nirmala T ， Jusuf A ， Puji Santosa S ， et al . Design study of battery system protection structure based on hybrid material fiber metal laminate （FML）［C］// 2019 6th International Conference on Electric Vehicular Technology（ICEVT） . New York ： IEEE ， 2019 ： 163 - 169 .

Zhu J E ， Zhang X W ， Wierzbicki T ， et al . Structural designs for electric vehicle battery pack against ground impact ［J］. SAE Technical Paper Series ， 2018 ， 1 ： 2018-1-1438 .

尤贺泽，戴海峰，于臣臣，等 . 软包锂离子电池应力特性及其建模［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2020 ， 48 （ 2 ）： 231 - 240 .

You Heze ， Dai Haifeng ， Yu Chenchen ， et al . Stress properties and modeling of lithiumion pouch batteries ［J］. Journal of Tongji University（Natural Science）， 2020 ， 48 （ 2 ）： 231 - 240 . （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）

李兢，王桂录，卫勇 . 海缆侧压仿真中的沙漏控制研究［J］. 机械强度， 2017 ， 39 （ 6 ）： 1480 - 1484 .

Li Jing ， Wang Guilu ， Wei Yong . Research of hourglass mode's control in the simulation of the squeezing of ocean cable ［J］. Jour-nal of Mechanical Strength ， 2017 ， 39 （ 6 ）： 1480 - 1484 . （In Chinese）

浏览量

744

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于Kriging模型多目标遗传算法的高功率动力电池包冷却性能研究

线夹和磨损深度对高速铁路接触线应力分布与疲劳寿命的影响

剪切载荷下加筋开口复材壁板损伤演化仿真及导波监测

加速老化NEPE推进剂药柱结构变形损伤分析

变截面负泊松比结构力学性能及吸能特性研究