Elektrifizierung — Mechanik und Haltbarkeitsaspekte (NEU)

Mit einer Reihe von Lösungen für das Ermüdungsdesign von Batteriepacks, beschleunigte Schwingungstests von Batteriepacks und Ermüdungsanalysen von Fahrzeugstrukturen hilft die Prenscia-Software Ingenieuren dabei, das Risiko von Ermüdungsausfällen zu eliminieren, die Lebensdauer von Elektromotoren zu verbessern und die Zuverlässigkeit von Fahrzeugen zu erhöhen.

Plugged in chargers into two electric cars at a charge station

Ermüdungsdesign von Akkupacks

Batteriepakete enthalten eine Vielzahl mechanischer, elektrischer und elektrochemischer Komponentensysteme. Sie bestehen aus Tausenden von diskreten Zellen, die seriell und parallel zu elektrischen Stromschienen angeschlossen sind, um die erforderliche Energiekapazität bereitzustellen. Zellen werden oft zusammengeschweißt, um den elektrischen Pfad zu vervollständigen. Diese Schweißnähte sind sehr vibrationsanfällig und erleiden vibrationsbedingte Ermüdungsschäden. Darüber hinaus kann eine Kombination aus leichten Stützstrukturen mit relativ schweren elektrochemischen Komponenten zu einer mechanischen Resonanz in der Batteriestruktur führen, die ein hohes Risiko von Ermüdungsrissen mit sich bringt.

Die Schwingungsermüdungsanalyse ermöglicht es Ingenieuren, die kritischen Ermüdungsfehlerstellen an allen Arten von Batteriestrukturen, Materialien, Schweißnähten und Verbindungstechnologien zu identifizieren. Unter Verwendung der FEA-Spannungsanalyseergebnisse zusammen mit gemessenen oder berechneten Schwingungslastspektren kann die nCode DesignLife verwendet werden, um diese frequenzbasierte Ermüdungsanalyse durchzuführen und die Lebensdauer bis zum Ausfall vorherzusagen. Der Aufbau und die Montage des Batteriepakets können daher während des Bauteildesigns und vor der Herstellung von Prototypen gleichzeitig im Hinblick auf Lebensdauer, Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit optimiert werden.

Beschleunigte Vibrationsprüfung von Akkupacks

Die komplexe interne Struktur eines Akkupacks macht ihn während seiner langen Lebensdauer sehr anfällig für vibrationsbedingte Ausfälle. Die Vibrationsbelastung eines Batteriepakets deckt einen großen Frequenzbereich ab, was entweder zu einem katastrophalen Ausfall des Batteriepakets oder, häufiger, zu einem fortschreitenden Rückgang der Batterieleistung in Bezug auf die Vibrationsbelastung des Fahrzeugs führen kann. Beide Ausfallarten haben erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Garantiebeständigkeit des Akkus.

Die Herausforderung für Ingenieure besteht darin, ein geeignetes Lastspektrum zu erstellen, das sowohl für das Batteriedesign als auch für Validierungstests verwendet werden kann. Mit nCode GlyphWorks kann in einem beschleunigten Zeitrahmen ein PSD-Belastungsspektrum generiert werden, das für Ermüdungsschäden repräsentativ ist. Bei dieser Analyse werden gemessene Schwingungsdaten des Prüfgeländes sowie ein Nutzungsprofil des Fahrzeugs verwendet, das beschreibt, wie das Fahrzeug während seiner gesamten Lebensdauer verwendet wird. Implizite Prüfungen stellen sicher, dass die beschleunigten Tests nicht überbeschleunigt werden, und verhindern so atypische Fehlerarten.

Mit GlyphWorks gewonnene PSD-Spektren können auch verwendet werden, um einen Hochleistungs-Rütteltisch und ein Steuerungssystem für Schwingungstests anzusteuern. Diese in GlyphWorks erhaltenen PSD-Spektren können zur Durchführung einer virtuellen Shaker-Tabellenanalyse verwendet werden, um die Schwingungsermüdung in nCode DesignLife zu verstehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Batterie ihre erforderliche Vibrationsbeständigkeit erreicht und gleichzeitig das Design im Hinblick auf Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit optimiert.

Ermüdungsanalyse von Fahrzeugstrukturen

Bei Elektrofahrzeugen können Antriebsstränge bestehende Plattformen nutzen oder innerhalb brandneuer Architekturen konzipiert werden. Beide Szenarien stellen Statiker vor Herausforderungen. Bei bestehenden Fahrzeugplattformen wirken sich Änderungen wie die Gewichtsverteilung durch Batteriepakete auf das dynamische Verhalten sowie die strukturelle Haltbarkeit aus.

Neue Architekturen bieten Chancen, aber radikale Änderungen bergen Risiken, die durch detaillierte Simulationen im Vorfeld minimiert werden müssen. CAE-basierte Analysen mithilfe der nCode DesignLife ermöglichen die Durchführung dieser grundlegenden Ermüdungsanalyse für die schnelle Bewertung der Fahrzeugstrukturen.

Strukturfehler der elektrischen Systeme sind häufig auf Halterungen und Verbindungen zurückzuführen und können auf extreme Bewegungen zwischen den Befestigungspunkten an der Batterie, dem Wechselrichter und den Elektromotoren zurückzuführen sein. nCode ermöglicht die erweiterte Verarbeitung von Lastdaten und die Vorbereitung der Eingabe für die Ermüdungsanalyse. Bei Getriebesystemen können Ausfallarten mit höherer Frequenz auftreten, weshalb eine Analyse Rotierend Maschinen erforderlich ist, um mithilfe der Einblicke in die Quelle verschiedener Frequenzen zu erhalten.

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Ermüdungsdesign von Akkupacks

Beschleunigte Vibrationsprüfung von Akkupacks

Ermüdungsanalyse von Fahrzeugstrukturen

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