电动汽车快换动力电池箱结构优化及轻量化设计

发布时间：2017-09-19 08:33

  本文关键词：电动汽车快换动力电池箱结构优化及轻量化设计

  更多相关文章： 快换动力电池箱 正交试验 结构优化 轻量化设计

【摘要】：近年来,国家制定了一系列积极有效措施促进纯电动汽车的研发。基于传统车身平台研发纯电动汽车的方法有利于缩短开发周期,节约开发成本,得到了企业的广泛认可。而电池的电容电量问题始终阻碍纯电动汽车发展,快速换电式纯电动汽车成为企业推广纯电动汽车的首选模式。快换动力电池箱(文中简称电池箱)是纯电动汽车的重要部件,和其他汽车零部件一样,除了满足刚度强度等静态特性和模态等动态特性外,还应满足结构最优化、整体轻量化等要求。因此,对电池箱的静态、动态分析和结构优化十分有必要。本文对电池箱进行三维建模并结合模型进行分析。首先,通过模型计算纯电动汽车在极限工况下行驶时电池箱受力状况,运用计算机仿真技术对电池箱进行静态分析,得到应力应变。其次,应用有限元分析软件,对电池箱进行模态分析,得到前十阶模态的频率和振型图,为结构优化提供依据。再次,应用优化设计理论及方法,利用形貌优化方法,以提高一阶模态频率为目标进行优化;利用拓扑优化,以应力约束为目标进行优化,得到改进方案。最后,结合优化分析结果,对电池箱进行重新建模,为了得到材料类型、加强筋形式和材料厚度的最佳组合,利用正交试验对改进后的结构进行静态动态分析,得到最佳组合。以轻量化为目标进行二分法逼近试验,得到最优组合,此时材料类型选择铝合金5052-H3,厚度1.625mm,加强筋采用纵向布置。对最优组合进行静动态分析,得到应力177.9Mpa,在材料的屈服强度之内;最大位移为5.664mm,发生在电池箱底部正中央;模态为102.34Hz;质量为3.453Kg。对比结构改进前后的应力应变、模态、质量,最优组合各方面性能都满足要求,且比最佳组合质量减轻18.75%。
【关键词】：快换动力电池箱 正交试验 结构优化 轻量化设计
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 本文的研究背景及意义9-12
• 1.2.1 纯电动汽车9-10
• 1.2.2 快速换电式纯电动汽车10-12
• 1.3 国内外发展水平及存在问题12-14
• 1.3.1 国内外发展现状12-13
• 1.3.2 换电式电池箱的研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 电池箱及快换连接器设计16-27
• 2.1 电池箱的布置形式16-18
• 2.1.1 电动汽车动力电池箱布置形式16-17
• 2.1.2 快换式纯电动汽车电池箱布置形式17-18
• 2.1.3 快速换电模式实现过程18
• 2.2 电池箱设计18-21
• 2.2.1 电池箱设计要求18-20
• 2.2.2 电池箱结构设计20-21
• 2.3 电池箱快换连接器设计21-27
• 2.3.1 快换连接器设计要求22
• 2.3.2 快换连接器设计策略22-23
• 2.3.3 快换连接器建模23-27
• 第三章 电池箱有限元模型建立27-44
• 3.1 电池箱有限元方法介绍27-31
• 3.1.1 有限元方法的基础理论27-28
• 3.1.2 电池箱有限元模型分析过程28-30
• 3.1.3 电池箱有限元分析的目标30-31
• 3.2 电池箱静力学分析31-39
• 3.2.1 有限元的静态特性的基础31-34
• 3.2.2 电池箱静态分析34-39
• 3.3 动态特性分析39-44
• 3.3.1 动态分析理论39-40
• 3.3.2 模态分析40-44
• 第四章 电池箱结构优化设计44-53
• 4.1 结构优化设计理论基础44-47
• 4.1.1 结构优化设计的数学模型45-46
• 4.1.2 OptiStruct数学算法基础46-47
• 4.2 电池箱结构优化设计问题概述47-48
• 4.2.1 电池箱结构优化设计流程47-48
• 4.2.2 电池箱结构优化变量48
• 4.3 电池箱结构优化48-53
• 4.3.1 电池箱形貌优化48-50
• 4.3.2 电池箱拓扑优化50-53
• 第五章 电池箱轻量化设计53-69
• 5.1 电池箱轻量化理论53-54
• 5.1.1 轻量化的目的及途径53
• 5.1.2 电池箱轻量化材料选定53-54
• 5.2 试验设计54-66
• 5.2.1 正交试验理论55
• 5.2.2 正交试验设计55-57
• 5.2.3 模型建立57-59
• 5.2.4 结果分析59-65
• 5.2.5 确定最佳组合65-66
• 5.3 优化结果分析66-69
• 5.3.1 优化结果分析66-68
• 5.3.2 样件制作68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 余海军;;邦普:动力电池的中转站[J];资源再生;2011年09期

2 刘芳波;郭楚怡;赵恒晨;;动力电池产业的现状及未来分析[J];商场现代化;2013年11期

3 谢元锋,康志君,吴伯荣,朱磊;动力电池的研究现状及发展趋势[J];有色金属工业;2000年07期

4 焦庆丰 ,刘涤萍;动力电池的发展历程[J];大众用电;2001年04期

5 刘亚飞,白厚善;动力电池及其材料最新发展动向[J];新材料产业;2003年05期

6 蔡年生;国外鱼雷动力电池的发展及应用[J];鱼雷技术;2003年01期

7 ;武汉力兴全力打造动力电池检测设备[J];电源技术;2004年04期

8 ;“2005中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨会”隆重召开[J];新材料产业;2005年06期

9 厉海艳;李全安;文九巴;张清;张荥渊;;动力电池的研究应用及发展趋势[J];河南科技大学学报(自然科学版);2005年06期

10 王立松,张晶;大容量锂动力电池化成电源全数字控制技术[J];电源技术;2005年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 高飞;李建玲;赵淑红;王子冬;王新东;;锂动力电池性能衰退规律研究进展[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑（下册）[C];2010年

2 胡信国;;动力电池进展[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年

3 马军;李爱魁;杜涛;刘飞;;电动汽车动力电池配组工艺研究进展[A];第十四届中国科协年会第19分会场：电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年

4 王伟东;王海涛;;动力电池新型材料[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年

5 曾小华;陈万忠;吴强华;王庆年;;混合动力汽车动力电池试验检测系统[A];2002中国电动汽车研究与开发[C];2002年

6 闫智刚;杜虎;王仲飞;;慢脉冲化成技术在铅酸动力电池中的应用[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年

7 刘亚飞;陈彦彬;白厚善;;动力电池与相关材料的最新进展[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（一）[C];2007年

8 徐舟;唐有根;唐广笛;;锌-空气动力电池在纯电动汽车上的应用前景[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

9 杨毅夫;;中倍率方型塑壳氢镍动力电池开发(摘要)[A];电动车及新型电池学术交流会论文集[C];2003年

10 李建军;何向明;王莉;任建国;刘志祥;;水下航行器用高安全性动力电池研制[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 赵碧君邋陈建军;牵手香港超霸 力元新材进军汽车动力电池[N];上海证券报;2008年

2 主持人 陈瑜;动力电池：奏响新能源汽车序曲[N];科技日报;2008年

3 孙广明　顾介铸;动力电池产业联盟在泰州成立[N];新华日报;2010年

4 记者 张晓东;中关村成立动力电池产业联盟[N];北京商报;2010年

5 记者 张海燕;江苏成立国内首家动力电池创新联盟[N];中国质量报;2010年

6 本报记者 韩义雷;动力电池,增长莫忘“退烧”[N];科技日报;2010年

7 海伦;部大力推动动力电池产业发展[N];中国电子报;2010年

8 张海燕;工信部将制订动力电池发展思路[N];中国质量报;2010年

9 记者 陈黎明　通讯员 江春文;江苏省动力电池产业技术创新战略联盟成立[N];中国冶金报;2010年

10 黄腾飞;谨防“伪国产”企业冒领动力电池政府补贴[N];中国电力报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 陈征;电动汽车光伏充换电站集成系统的优化方法研究[D];华北电力大学;2014年

2 张潇华;插电式混合动力汽车复合电源系统集成优化方法研究[D];北京理工大学;2015年

3 姚雷;电动车辆动力电池充电特性与控制基础问题研究[D];北京理工大学;2016年

4 郑勇;磷酸铁锂/石墨动力电池的衰退行为及老化机制[D];北京科技大学;2016年

5 李然;锂动力电池健康度评价与估算方法的研究[D];哈尔滨理工大学;2016年

6 李国洪;混合动力汽车控制策略与动力电池系统的研究[D];天津大学;2005年

7 李文成;电动汽车用C-LiFePO_4动力电池制备与性能研究[D];北京有色金属研究总院;2011年

8 于智龙;基于自放电技术的电动车用锂动力电池SOC预测算法研究[D];东北林业大学;2013年

9 高纯斌;混合动力汽车动力电池容量预测模型及抗扰策略的研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李年智;基于ERT的动力电池内部视电阻率温度特性与安全状态监测研究[D];华南理工大学;2015年

2 赵婷;动力锂离子电池组SOC在线估算[D];北京交通大学;2016年

3 郭岩;电动汽车动力电池系统安全机制及试验研究[D];河北工业大学;2015年

4 陈晨;纯电动汽车动力电池模块开发和设计[D];东南大学;2015年

5 牛甲明;动力电池正极材料的制备与研究[D];中北大学;2016年

6 余淞;豪鹏公司汽车动力电池营销策略研究[D];兰州大学;2016年

7 王露;电动汽车动力电池箱结构稳健优化设计[D];北京理工大学;2016年

8 王雯婷;Q动力电池产品开发风险评价[D];吉林大学;2016年

9 李辉;动力电池热管式散热系统研究[D];吉林大学;2016年

10 王海波;六西格玛设计在产品设计中的应用研究[D];北京理工大学;2015年

，

本文编号：880598