微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究

发布时间：2017-08-14 11:21

  本文关键词：微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究

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【摘要】：随着我国电动汽车保有量的不断增加,越来越多的电动汽车参与到交通安全当中,难免会发生碰撞。对于电动汽车碰撞安全性而言,不仅要满足传统燃油汽车的碰撞安全标准,还要重点考虑其在碰撞过程中所特有的安全问题,比如动力电池在碰撞过程中可能发生起火甚至爆炸、电解液泄露、高压短路等现象,对乘员安全性有极大威胁性。因此,研究电动汽车的碰撞安全性是十分必要的。本文目的在于为一款纯电动汽车设计适合其车身结构的电池包,并验证在两种典型工况下满足强度设计要求；研究了在正面碰撞和侧面碰撞情况下整车的安全性,为以后电动汽车耐撞性设计提供理论依据。本文首先根据电池包设计原则建立其三维结构模型,对其进行网格划分并建立有限元模型,并根据汽车行驶在颠簸路面上两种典型工况进行分析,验证所设计的电池包结构满足强度设计要求。然后根据法规要求建立汽车前碰撞有限元模型,并在有效验证的前提下对其进行结果分析。分析结果显示,前纵梁变形不理想,吸能效果不好；前地板变形较大,不利于乘员舱和电池包的保护；电池包向前窜动量较大,箱体托架变形较大等。根据分析结果对整车薄弱环节进行改进,通过改进前后对比可知,优化效果显著,基本符合法规要求。最后在正面碰撞有限元模型的基础上建立侧面碰撞有限元模型,重点分析了B柱变形模式、侵入量和侵入速度等来检验是否满足侧面碰撞安全法规。分析结果显示,汽车底盘变形不明显,有利用电池包的保护；B柱变形不符合设计要求。依据理想变形模式,对B柱中上部进行加强,对底部进行弱化处理。优化结果显示,B柱中上部变形明显减少,底部变形增大,符合理想变形模式。
【关键词】：电池包 正面碰撞 侧面碰撞 有限元模型 B柱
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 电动汽车国内研究现状12-13
• 1.3 电动汽车国内外碰撞安全法规13-14
• 1.4 研究目的及论文主要研究内容14-16
• 第2章 有限元基本理论16-23
• 2.1 显示非线性有限元理论16-18
• 2.1.1 运动方程16-17
• 2.1.2 守恒方程17
• 2.1.3 边界条件17-18
• 2.2 碰撞过程中的非线性特性18-21
• 2.2.1 几何非线性18
• 2.2.2 材料非线性18-20
• 2.2.3 接触非线性20-21
• 2.3 时间步长21
• 2.4 沙漏控制21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 电池包结构设计与分析23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 电池包设计要求23-24
• 3.2.1 碰撞安全性要求23-24
• 3.2.2 绝缘与防水性能要求24
• 3.2.3 通风与散热性能要求24
• 3.3 原动力电池方案分析24-25
• 3.4 改进布置方案25-26
• 3.5 电池箱体结构设计26-27
• 3.5.1 电池箱体上盖设计26
• 3.5.2 电池箱下箱体设计26-27
• 3.5.3 固定结构设计27
• 3.6 电池箱有限元模型的建立27-29
• 3.6.1 网格划分及质量控制27
• 3.6.2 模型的装配27-29
• 3.6.3 箱体材料及厚度的选择29
• 3.7 电池箱体动静态分析29-33
• 3.7.1 静态分析29-32
• 3.7.2 模态分析32-33
• 3.8 本章小结33-35
• 第4章 基于正面碰撞电池包安全性分析与优化35-55
• 4.1 电动汽车有限元模型的建立35-38
• 4.1.1 单位制的选择35-36
• 4.1.2 几何模型的简化36
• 4.1.3 网格的划分36-37
• 4.1.4 点焊模拟37
• 4.1.5 材料属性的选择37-38
• 4.1.6 整车有限元模型38
• 4.2 电动汽车有限元模型的验证38-41
• 4.2.1 加速度比较39
• 4.2.2 碰撞后变形比较39-40
• 4.2.3 碰撞能量曲线40
• 4.2.4 附加质量曲线40-41
• 4.2.5 验证小结41
• 4.3 整车变形分析41-43
• 4.4 电动汽车正面碰撞耐撞性分析43-47
• 4.4.1 各部件吸能分析43
• 4.4.2 关键部件变形分析43-46
• 4.4.3 整车加速度分析46-47
• 4.5 电池包安全性分析47-49
• 4.5.1 电池包整体变形分析47-48
• 4.5.2 电池箱前端与转向系统位置分析48
• 4.5.3 箱体托架变形分析48
• 4.5.4 电池包后端翘曲分析48-49
• 4.5.5 电池罩应力分析49
• 4.6 电动汽车结构改进49-53
• 4.6.1 整车薄弱环节分析49-50
• 4.6.2 优化方案50
• 4.6.3 改进前后结果对比分析50-53
• 4.7 本章小结53-55
• 第5章 基于侧面碰撞电池包安全性分析与优化55-65
• 5.1 电动车侧面碰撞有限元模型的验证55-56
• 5.2 侧围变形分析56-57
• 5.3 电池包安全性分析57
• 5.4 B柱仿真结果分析57-60
• 5.4.1 B柱变形分析57-59
• 5.4.2 B柱侵入量分析59
• 5.4.3 B柱侵入速度分析59-60
• 5.5 车门内板侵入量分析60-61
• 5.6 侧面碰撞改进设计61-64
• 5.6.1 B柱改进方案62
• 5.6.2 优化前后B柱分析62-64
• 5.6.3 优化前后电池包变形对比64
• 5.7 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录71

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本文编号：672393