[发明专利]锂电池安全阀开启压力有限元建模方法

说明书

本发明提供一种锂电池安全阀开启压力有限元建模方法，属于锂电池安全阀性能分析技术领域，专用于对锂电池安全阀进行强度的仿真分析，以强度作为指标来识别安全阀开启事件发生的条件，进而代替实验，快速确定安全阀的开启压力。可以帮助结构设计师在设计的初始阶段对模型设计的合理性进行快速预判和响应，仿真结果不受实际加工产品的一致性影响，反过来可以识别出产品实际指标与设计值的偏差，对锂电池安全阀的关键特性指标进行管控。

技术领域

本发明涉及一种用于分析锂电池安全阀开启压力有限元建模方法。

背景技术

安全阀是一种电池泄压装置，结构上具有刻痕结构，是一种诱导变形结构。当电池内部压力失控、异常增大到一定程度时，安全阀会发生爆破从而外泄压力，以防止电池持续增压产生爆炸事故。当前锂电行业内尚无公开报道的文献资料介绍如何使用仿真方法预测现有结构的开启压力，无法从理论和仿真视角揭示结构的变形和破坏机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了给出一种简单易行的仿真建模方法，在设计初始阶段快速获得锂电池安全阀的开启压力，进而取代实验，判断设计的可行性，指导下一步的结构优化。本发明提供一种锂电池安全阀开启压力有限元建模方法，可以帮助结构设计师在设计的初始阶段对模型设计的合理性进行快速预判和响应，仿真结果不受实际加工的产品一致性影响，反过来可以识别出产品实际指标与设计值的偏差，对外协件的关键指标进行管控。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种锂电池安全阀开启压力有限元建模方法，包括以下步骤：

步骤1：参数化几何模型的创建和传递，具体包括，

步骤1.1：确定产品的各特征参数，所述特征参数包括厚度、长度、外径、内径和刻痕深度，将各特征参数作为输入，采用CATIA三维建模软件建立锂电池安全阀的参数化的三维实体模型；其中，刻痕深度是影响安全阀开启压力的关键参数，需要在CATIA软件中将其尺寸定义为参数H，在后续设计改进中，可将其数值改成需要的数值，即可快速重新生成新的安全阀模型；

步骤1.2：将锂电池安全阀的参数化的三维实体模型导出为几何信息，并保留拓展名为x_t的中间格式几何模型文件；

步骤1.3：基于Ansys Workbench平台，插入静力学模块，并导入上述拓展名为x_t的中间格式几何模型文件；在几何模型的导出过程中，有可能会损失原有模型的单位信息，因此重新确定几何模型的单位信息，将单位统一调整为mm、kg和N的国际单位制，生成适用于Ansys Workbench的几何模型。

几何模型导入和单位制调整后，需要进行网格剖分，网格剖分方法其特征在于：1)网格形式在数量上以六面体占优，四面体为辅；2)几何模型的外表面均由六面体构成；3)设定网格的尺寸为模型长边尺寸L的1/50；4)网格构型需要增加中间节点；

步骤2：网格剖分，采用以六面体占优，四面体为辅的网格划分方法将步骤1.3中生成的几何模型的表层划分成六面体网格和四面体网格；具体包括以下步骤：

步骤2.1：以几何模型长边尺寸L的1/50，即L/50，将L/50设定为全局的网格尺寸。

步骤2.2：以网格尺寸L/50进行网格构型，选择六面体占优的网格剖分策略，即在几何模型的表层以L/50作为单位尺寸，将几何边界划分成六面体网格单元，在几何边界内部以六面体为主进行划分网格单元，个别难以划分成六面体网格单元的区域，将其划分成四面体网格单元。

步骤2.3：在网格单元每个棱边中间增加一个中间节点，将网格单元从一阶升级到二阶。