Festigkeitsanalyse von Aluminium-Batterierahmen: Gewährleistung von Haltbarkeit und Sicherheit bei Elektrofahrzeuganwendungen.

Bei Endego bieten wir fortgeschrittenes Wissen und Erfahrung in Physik und Ingenieurwissenschaften, unterstützt durch CAE virtuelle Validierung, die dabei hilft, solche Herausforderungen durch die Anwendung modernster Finite-Element-Analysen und struktureller und thermischer Optimierungstechniken zu überwinden. In Zusammenarbeit mit dem Kunden hat das Ingenieurteam von Endego kürzlich eine umfassende Festigkeitsanalyse eines Aluminiumbatterierahmens durchgeführt und sichergestellt, dass dieser die strengen Leistungs- und Sicherheitsanforderungen moderner Elektrofahrzeuge (EVs) erfüllt.

Projektherausforderung: Batteriefestigkeit unter anschwellendem Zelldruck bewerten

Der Kunde wandte sich mit einem wichtigen Anliegen an Endego: er wollte die strukturelle Festigkeit eines Aluminium-Batterierahmens bewerten, der dem Druck anschwellender Batteriezellen ausgesetzt ist, sowie die Kräfte bestimmen, die auf die Befestigungspunkte des Batteriegehäuses wirken.

Batteriezellen dehnen sich aus und ziehen sich zusammen während der Lade- und Entladezyklen und erzeugen interne Spannungen, welche die Festigkeit des Batterierahmens beeinträchtigen können. Der Zweck der Aufgabe bestand darin:

• das Spannungs- und Verformungsverhalten des Aluminiumrahmens unter Schwell-Belastung zu beurteilen.
• die Kräfte an den Befestigungspunkten zu ermitteln und für eine ordnungsgemäße Lastvertei-lung zu sorgen.
• die allgemeine strukturelle Stabilität des Batteriegehäuses über längere Zeit, mit Betriebszyklen zu überprüfen.

Angesichts des nichtlinearen Verhaltens der für Batteriegehäuse verwendeten Materialien war eine präzise und detaillierte Simulation mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) erforderlich, um die reelle Arbeitsweise zu erfassen und das Design entsprechend zu optimieren.

Unser Ansatz: fortgeschrittene FE-Simulationen und Festigkeitsanalysen

Um die Anforderungen des Kunden zu erfüllen, entwickelte das Endego Team für CAE virtuelle Validierung ein hochpräzises FE-Modell des Batterierahmens, das seine Verbindungen, Materialeigenschaften und Belastungs-bedingungen genau darstellt.

Wichtige Schritte der Analyse:

1. Erstellung des nichtlinearen FE-Modells:
   • Es wurde ein detailliertes Simulationsmodell des Aluminiumbatterierahmens entwickelt.
   • Zur realistischen Abbildung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter thermischer Belastung wurden nichtlineare Materialeigenschaften angewendet.
2. Beurteilung von Spannungs- und Verformungszuständen:
   • Das Modell wurde dem Innendruck durch anschwellende Batteriezellen ausgesetzt. Die daraus resultierende Spannungsverteilung, Verformungsgrad und Ausfallrisiken wurden analysiert.
   • Stellen mit Spannungskonzentrationen wurden identifiziert. Diese wurden bei Konstruktions-verbesserungen berücksichtigt, um die Risiken solcher potenziellen Schwachstellen zu mildern.
3. Bewertung der Kräfte an den Befestigungspunkten des Batteriekastens:
   • Gemeinsam mit dem Team des Kunden haben die Ingenieure von Endego die Kräfte an den Befestigungspunkten genau bestimmt.
   • Anschließend wurde die Konstruktion des Befestigungs-systems für eine verbesserte strukturelle Zuverlässigkeit optimiert.

Dieser vielseitige Ansatz stellte sicher, dass das Design des Batterierahmens den Betriebslasten stand-hält und gleichzeitig die Leichtbaueffizienz beibehält, ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge.

Projektergebnis: zuverlässige und skalierbare Batterierahmenkonstruktion

Der optimierte Batterierahmen, der vom Endego-Ingenieurteam analysiert und überprüft wurde, bietet langfristige Sicherheit und störungsfreien Betrieb. Die wichtigsten Vorteile für den Kunden sind:

• Zuverlässiges und langlebiges Batteriegehäuse, das einen sicheren Betrieb über mehrere Ladezyklen hinweg gewährleistet.
• Erweiterung des Angebots von großformatigen Batterien wurde ermöglicht; Produktion kom-plexerer Batteriestrukturen wurde möglich gemacht.
• Ausbau der Partnerschaft mit führenden EV-Herstellern; die Position des Kunden auf dem Markt für Elektrofahrzeuge wurde gefestigt.

Endego nutzte die virtuelle Konstruktionsvalidierung und half dem Kunden, die Zuverlässigkeit des Batterierahmens zu verbessern, Entwicklungsrisiken zu reduzieren und strenge Sicherheits-vorschriften einzuhalten.

Bei Endego sind wir spezialisiert, auf strukturelle, thermische, dynamische und nichtlineare Analysen von Batteriesystemen, Elektrofahrzeugen und Leichtbaustrukturen. Unsere Expertise in FE-Model-lierung, CAE virtueller Validierung und Materialoptimierung hilft den Herstellern, sicherere und effizientere Energiespeichergeräte zu bauen.

Wenn Ihr Unternehmen technische Unterstützung beim Batteriepackentwurf, der Analyse von Leicht-baumaterialien oder der Beurteilung der Festigkeit benötigt, kontaktieren Sie uns noch heute! Unser Team ist bereit, Sie bei der Entwicklung von Batteriesystemen der nächsten Generation zu unterstützen, die Innovationen in der EV-Technologie vorantreiben.

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