轻质泡沫铝夹层板箱体结构的汽车动力电池包碰撞分析

发布时间：2020-11-19 03:04

　　 随着全球能源短缺及环境污染问题的加剧,轻量化、零排放已经逐渐成为现代汽车主要的研究方向,以电动汽车为首的新能源汽车得到大力的推广、研究和发展。电池是电动汽车的动力来源,动力电池包则是用来安装、固定及保护动力电池的重要部件。为了保证足够的续航里程,电动汽车所承载电池一般达到整车质量的30%~40%,而动力电池包箱体现在普遍应用钢制材料,整体质量过重,增加车辆负荷,减少续航里程。本次研究将某款电动汽车的动力电池包进行简化,设计出一款等效动力电池包,并将箱体为传统钢制材料与三种不同厚度的泡沫铝夹心材料的动力电池包进行有限元碰撞仿真,对比其结果,选择出材料性能最优的动力电池包进行整车碰撞仿真,验证其合理性。(1)阐明泡沫铝材料的性能特点,介绍泡沫铝制备方法及现阶段在汽车上的应用情况。通过试验,得出泡沫铝在压缩过程中主要经历了三个阶段,分别是弹性形变阶段、屈服平台阶段和致密化阶段,并得到泡沫铝应力-应变曲线。进行金属-泡沫铝-金属的泡沫铝夹层板的压缩和三点弯曲试验得到材料性质。(2)设计化简后的动力电池包CATIA模型,一种为单一材料的箱体结构,一种为夹层材料的箱体结构。完成对动力电池包有限元建模,进行仿真分析的前处理。设计出四种不同材料的箱体形式,分别为Q235钢、铝合金-4mm泡沫铝-铝合金、铝合金-8mm泡沫铝-铝合金、Q235钢-8mm泡沫铝-铝合金。(3)电池在受到外力的情况下会产生变形,从而导致着火、爆炸等。为验证电池包的保护效果和电池在碰撞后是否存在失效情况,进行电池单体的平面压缩试验得到电池的应力-应变曲线,为锂电池有限元模型的建立提供材料参数。(4)通过LS-DYNA进行仿真运算,得到四种不同材料的动力电池包的碰撞仿真数据并进行分析,对比在碰撞过程中能量的变化情况、电池整体吸能情况、电池整体位移和电池单体节点位移,分析四种动力电池包对内部电池的保护程度。(5)将对比后性能最优的动力电池包放置于电动汽车的整车模型中进行侧面刚性柱碰撞安全性仿真分析。通过分析结果判断箱体材料为Q235钢-8mm泡沫铝-铝合金在碰撞过程中对电池保护效果良好,同时对比于传统材料Q235钢的等效动力电池包整体质量降低3.26kg,在保证碰撞安全性的同时实现了对动力电池包的轻量化的目的。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

图 1-1 中国电动汽车销量预测生产出来的新能源汽车主要集中在公共交通方面，随着政府014年新能源汽车开始进入市民家中，至此新能源汽车开始被2017 年新能源汽车在我国的销售情况[10]见表 1-1 所示。随着国家的鼓励政策，预计在2020年我国电动汽车的销量将会达。

第一章 绪论件结合，进行有限元模拟的整车碰撞仿真，结果表明该款电池系统有助于在车吸收能量，保护电池安全。经过不断的研究和发展，目前国内外各汽车动力电池包生产厂商开发出多款符求的动力电池包[13]如图 1-2 所示。a） 比亚迪 e6 电池包 b） 荣威 e550 电池包 c） Model S 电池包

图 1-3 论文研究路线流程图1.4.2 论文结构及研究内容论文内容安排如下：第一章，绪论。简要介绍国内外电动汽车发展现状，大力推动电动汽车发展是汽车产业趋势的要求。介绍电动汽车的重要部件动力电池包的设计要求、材料、结构及安全性的研究情况。介绍汽车轻量化的发展现状。并提出本文的论文结构、研究内容及研究方法路线。第二章，泡沫铝材料特性及试验研究。阐明泡沫铝材料的性能特点，介绍现阶段泡沫铝在汽车上的应用情况。介绍泡沫铝的制备方法。进行泡沫铝平面压缩试验，得出泡沫铝在压缩过程中的吸能特点，并得到泡沫铝应力-应变曲线，为后文仿真分析泡沫铝材料属性选择和曲线的勾画提供依据。进行夹层泡沫铝板的平面压缩试验，试验得出夹层泡沫铝板与泡沫铝材料在压缩试验中变形相似，在屈服平台阶段胶粘接的试样比无胶
【参考文献】

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1 兰凤崇;曾繁波;周云郊;陈吉清;;闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展[J];机械工程学报;2014年22期

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本文编号：2889598