电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化研究

【摘要】：目前以电动汽车为代表的新能源汽车发展迅速,而动力电池箱作为电池系统的主要承载装置,对电动汽车的动力性和安全性具有重要意义。本文针对某电动汽车动力电池箱,通过静态和模态分析、安全性仿真分析、结构优化设计和疲劳寿命分析,提出一套动力电池箱轻量化设计方案。主要研究工作如下:(1)根据设计需求进行性能指标分析,建立动力电池箱的三维模型,创建有限元模型。基于有限元法的基本思想,进行颠簸路面左转弯、颠簸路面右转弯、颠簸路面前进制动、颠簸路面倒车制动四种典型工况下的静态分析,分析结果可知,动力电池箱强度安全状况良好,说明顶盖和下箱体底部设计留有较多余量。通过模态分析,提取动力电池箱的前六阶模态,发现第一阶模态固有频率为28.54Hz,在电动汽车激振频率范围中,说明下箱体侧围有发生共振的风险,刚度不足。为下文对动力电池箱各部件选择不同的优化方法提供参考。(2)结合相关国家标准对动力电池箱进行安全性仿真分析,分别进行X、Y、Z方向上的随机振动仿真分析和X、Y方向的挤压仿真分析。通过仿真可知,动力电池箱符合国标规定的安全性要求。为下文对动力电池箱优化设计进一步提供依据。(3)根据静态及模态有限元分析的结果,对动力电池箱各部件采用不同的优化方案。对顶盖和下箱体底部进行多目标多工况拓扑优化设计,对下箱体侧围进行形貌优化设计。优化后箱体重量由26.37kg变为20.66kg,质量下降了21.65%,同时对改进的新动力电池箱进行结果校核,证明了轻量化设计方案的合理性。(4)应用nCode DesignLife软件,基于疲劳累积损伤理论和材料的疲劳特性,计算改进后新动力电池箱随机振动疲劳寿命值均高于7.56×104s的安全标准,表明了改进设计的可行性。综上所述,改进设计出新的动力电池箱满足各项使用性能,同时实现了轻量化设计,具有一定的实际应用价值。