目前全球疫情下經(jīng)濟下滑，燃油車已慢慢勢弱，電動汽車正處于高速發(fā)展期。連接動力電池與整車其他高壓電器設備的高壓配電箱是電動汽車的重要組成部件。因此，研究高壓配電箱結(jié)構(gòu)的可靠性對整車具有重要意義。電動汽車運行過程中，振動對高壓配電箱結(jié)構(gòu)可靠性的影響成為主要因素。星拓環(huán)境試驗設備廠家根據(jù)其實際工作環(huán)境，對高壓配電箱使用振動試驗臺進行隨機振動仿真分析，并通過隨機振動試驗進行驗證。

一：高壓配電箱的設計模型

根據(jù)整車的結(jié)構(gòu)和電量需求，高壓配電箱一般分為單支路單充、雙支路雙充、三支路雙充三種結(jié)構(gòu)。本文以單支路單充高壓配電箱作為研究對象。

根據(jù)單支路單充高壓配電箱電氣原理，確定各電氣部件的安裝位置，從而確定高壓配電箱箱體總尺寸為304mm×404mm×216mm(長×寬×高)、底板尺寸為278mm×360mm×15mm，并可確定其他相關尺寸。尺寸確定后，對高壓配電箱內(nèi)線束進行布局。最終設計的高壓配電箱的三維模型如圖1所示。

該設計模型使BMS主板的安裝方便靈活，從而減小了配電箱的整體重量和空間尺寸，并在配電箱內(nèi)增加了水冷機組高壓回路和水冷DC/DC高壓回路，為液冷電池系統(tǒng)的水冷機組提供高、低壓電，以驅(qū)動整車空調(diào)制冷或制熱液冷板內(nèi)的液體，帶走電池包內(nèi)的熱量或者給電池包提供熱量，有利于電池包內(nèi)的熱量保持平衡。

有限元模型的建立

為避免出現(xiàn)仿真運算不收斂以及網(wǎng)格劃分不合理等問題，在保證不影響模型尺寸、剛度、形狀以及仿真結(jié)果的前提下，采用SCDM建模軟件去除設計模型中的小特征結(jié)構(gòu)。將簡化后的模型導入HyperMesh仿真建模軟件，建立高壓配電箱的有限元模型。其中箱體、箱蓋、底板(材料為Q235)以及銅排(材料為紫銅)等采用shell181單元參數(shù)，單元數(shù)量為83920;

繼電器、接插件等電器元件采用solid185單元進行離散，單元數(shù)量為31206。不同shell單元的厚度依據(jù)各鈑金件的實際厚度設定。網(wǎng)格劃分完成后，建立各零部件之間的連接關系，最后對各零部件賦予相應的單元屬性、材料屬性等。高壓配電箱的有限元仿真模型總重約21.2kg，與實際稱重相差5%以下。

二：高壓配電箱使用振動試驗臺做隨機振動仿真分析

將1.2節(jié)建立的高壓配電箱有限元模型導入ANSYS求解軟件中，進行隨機振動仿真分析。

2.1模態(tài)分析

在模型中設置高壓配電箱安裝孔位全約束的邊界條件(此處是模態(tài)分析的邊界條件)。因為低階頻率對結(jié)構(gòu)強度的影響較大，所以模態(tài)分析只針對低階頻率進行。高壓配電箱前15階頻率見表1，典型振型如圖2所示。

根據(jù)以上模態(tài)分析結(jié)果可知，高壓配電箱整體頻率較高，一階模態(tài)頻率超過40Hz，遠遠避開了整車的一階固有頻率26Hz，因此高壓配電箱設計模型的整體剛度適中。

2.2振動試驗臺隨機振動分析

采用模態(tài)疊加法對高壓配電箱的主要結(jié)構(gòu)部件進行隨機振動強度分析。本文只分析對高壓配電箱結(jié)構(gòu)強度影響最大的垂向振動，設置邊界條件:安裝孔位在橫向、縱向施加全約束以及在垂向施加轉(zhuǎn)動約束;根據(jù)模態(tài)結(jié)果導入模態(tài)頻率范圍為0～400Hz;在高壓配電箱安裝孔位垂向施加基礎PSD值;施加振動阻尼比0.02。高壓配電箱各主要部件的1σ應力分布仿真結(jié)果見表2。

結(jié)果表明，本文所設計的高壓配電箱模型的振動應力很小，結(jié)構(gòu)強度較高。

3振動試驗臺隨機振動試驗驗證

按照上述設計模型制造樣品，并使用eDAQ設備進行模態(tài)及振動強度試驗。

1)對該樣品的箱體結(jié)構(gòu)進行模態(tài)測試。在高壓配電箱體上安裝8個三向加速度傳感器，采用移動力錘敲擊法，運用nCode中的模態(tài)分析模塊進行數(shù)據(jù)處理。模態(tài)試驗結(jié)果如圖3所示，結(jié)果表明，該樣品在頻率為42Hz、74Hz和135Hz時容易產(chǎn)生共振，但這3個頻率都遠遠大于整車一階固有頻率26Hz，與仿真結(jié)果相符。

2)在振動臺上對樣品進行垂直方向的隨機振動強度測試，頻率范圍為0～400Hz;在結(jié)構(gòu)件上貼應變片，貼片位置為仿真結(jié)果中應力最大處;運用nCode中的疲勞分析模塊進行數(shù)據(jù)處理。樣品各主要部件的振動最大應力試驗結(jié)果見表3。從表中可知，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本相符。

 本文對一款高壓配電箱進行隨機振動仿真分析，并通過隨機振動試驗進行驗證。結(jié)果表明，該款高壓配電箱整體剛度較好、整體強度較高，理論上能夠滿足電動汽車的使用需求。