抗震电池架的分析和运用

李凌波

摘 要：为了确保我国能源顺利工艺，因此必须加强能源供应设备的安全性。电池架作为蓄电池组的支撑设备显得尤为重要。本文就抗震电池架的材料和性能进行了分析，以期促进能源供应的安全性。

关键词：电池架；抗震；性能

1 概述

蓄电池组是提供能源的设施，电池架是蓄电池组的承载设备。电池架上装有大型蓄电池组，其结构强度影响蓄电池组运行的安全性和稳定性。因此对电池架进行有限元分析是必要的。

2 地震分析参考标准

（1）IEEE693-2005：Recommended Practice for Seismic Design of Substations；

（2）International Building Code -2002；

（3）California Building Code -2013.

3 電池架结构及材料性能

以下用型号R22（2层2梯）电池架为例，此电池架适用于地震区4。

R22电池架是两层两梯的钢支架，里面放置尺寸为186*398*570的电池24只，每只电池重65kg，如图1所示。钢支架由角钢和方钢通过螺栓连接而成，地震载荷作用下电池架结构计算采用的是有限元商业软件ANSYS15.0。

4 载荷

4.1 固定载荷

固定载荷=电池质量+电池架质量，其中电池质量每个65kg。

4.2 地震载荷

结构计算按高等级地震水平考虑，两个水平方向施加0.5g，垂直方向施加0.4g地震加速度。图2为所采用的标准地震响应谱。

5 电池架固有频率计算

为计算电池架结构固有频率采用商业软件ANSYS15.0建立结构的有限元模型。构件截面和材料参数按表1选取，质量密度为7800kg/m3。位于支架底部的节点施加固定边界条件，约束其平动和转动位移，如图3所示。

6 地震载荷作用下构件应力计算

由于电池架结构基频大于33Hz，可采用等效静态分析方法评估结构抗震能力。作用在电池架上的地震力利用电池質量和构件质量乘以主方向上的地震加速度得到。

6.1 地震作用x方向

地震载荷由电池质量乘以0.5g 得到，将其处理成均布线载荷作用在其中一根斜撑上，方向沿水平x方向。构件的地震载荷在ANSYS按惯性力施加水平加速度（见图4）。

6.2 地震作用在y方向

由于电池架在另一个方向不具有对称性，因此地震加速度按水平+y 方向和-y 方向分别输入，地震载荷作用在电池底部角钢底座上（见图4）。

6.3 垂直z方向地震作用

根据IEEE693 垂直方向地震作用按加速度0.4g输入。由于电池架自重也是垂直方向，故构件垂直方向施加的总加速度为1.4g（见图4）。

7 计算结果汇总

7.1 构件最大应力，MPa

7.2 螺栓最大内力

支架底部用两个M6（4.8 class）螺栓固定，其位置如图5所示。表3为三向输入地震加速度按均方根计算出的支点最大拉力和最大剪力。

8 总结

本文通过详细的数据和计算对抗震电池架的性能进行了分析，以此确保电池架的安全性。

参考文献

[1]梁飞飞，钱江.蓄电池支架结构抗震性能分析[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2013，31（5）：651-654.

（作者单位：四川长虹电源有限责任公司）