目前全球疫情下經(jīng)濟下滑，燃油車(chē)已慢慢勢弱，電動(dòng)汽車(chē)正處于高速發(fā)展期。連接動(dòng)力電池與整車(chē)其他高壓電器設備的高壓配電箱是電動(dòng)汽車(chē)的重要組成部件。因此，研究高壓配電箱結構的可靠性對整車(chē)具有重要意義。電動(dòng)汽車(chē)運行過(guò)程中，振動(dòng)對高壓配電箱結構可靠性的影響成為主要因素。星拓環(huán)境試驗設備廠(chǎng)家根據其實(shí)際工作環(huán)境，對高壓配電箱使用振動(dòng)試驗臺進(jìn)行隨機振動(dòng)仿真分析，并通過(guò)隨機振動(dòng)試驗進(jìn)行驗證。

一：高壓配電箱的設計模型

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

根據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(cháng)×寬×高)、底板尺寸為278mm×360mm×15mm，并可確定其他相關(guān)尺寸。尺寸確定后，對高壓配電箱內線(xiàn)束進(jìn)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，為液冷電池系統的水冷機組提供高、低壓電，以驅動(dòng)整車(chē)空調制冷或制熱液冷板內的液體，帶走電池包內的熱量或者給電池包提供熱量，有利于電池包內的熱量保持平衡。

有限元模型的建立

為避免出現仿真運算不收斂以及網(wǎng)格劃分不合理等問(wèn)題，在保證不影響模型尺寸、剛度、形狀以及仿真結果的前提下，采用SCDM建模軟件去除設計模型中的小特征結構。將簡(jiǎn)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，單元數量為83920;

繼電器、接插件等電器元件采用solid185單元進(jìn)行離散，單元數量為31206。不同shell單元的厚度依據各鈑金件的實(shí)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(guān)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(shí)際稱(chēng)重相差5%以下。

二：高壓配電箱使用振動(dòng)試驗臺做隨機振動(dòng)仿真分析

將1.2節建立的高壓配電箱有限元模型導入ANSYS求解軟件中，進(jìn)行隨機振動(dòng)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)。因為低階頻率對結構強度的影響較大，所以模態(tài)分析只針對低階頻率進(jìn)行。高壓配電箱前15階頻率見(jiàn)表1，典型振型如圖2所示。

根據以上模態(tài)分析結果可知，高壓配電箱整體頻率較高，一階模態(tài)頻率超過(guò)40Hz，遠遠避開(kāi)了整車(chē)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(dòng)試驗臺隨機振動(dòng)分析

采用模態(tài)疊加法對高壓配電箱的主要結構部件進(jìn)行隨機振動(dòng)強度分析。本文只分析對高壓配電箱結構強度影響最大的垂向振動(dòng)，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動(dòng)約束;根據模態(tài)結果導入模態(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(dòng)阻尼比0.02。高壓配電箱各主要部件的1σ應力分布仿真結果見(jiàn)表2。

結果表明，本文所設計的高壓配電箱模型的振動(dòng)應力很小，結構強度較高。

3振動(dòng)試驗臺隨機振動(dòng)試驗驗證

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

1)對該樣品的箱體結構進(jìn)行模態(tài)測試。在高壓配電箱體上安裝8個(gè)三向加速度傳感器，采用移動(dòng)力錘敲擊法，運用nCode中的模態(tài)分析模塊進(jìn)行數據處理。模態(tài)試驗結果如圖3所示，結果表明，該樣品在頻率為42Hz、74Hz和135Hz時(shí)容易產(chǎn)生共振，但這3個(gè)頻率都遠遠大于整車(chē)一階固有頻率26Hz，與仿真結果相符。

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

 本文對一款高壓配電箱進(jìn)行隨機振動(dòng)仿真分析，并通過(guò)隨機振動(dòng)試驗進(jìn)行驗證。結果表明，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(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的使用需求。