摘 要

近年来，电动汽车因环境和能源问题日益受到市场的喜爱。电池箱是电动汽车唯一动力源—动力电池的承载件，具有安装固定、保护、密封的作用，设计一款轻量化程度高且机械性能足够的电池箱，对于提高电动汽车整车性能很有意义。

本文首先搜集国内外相关的研究资料来总结当前电池箱的研究现状，从而初步选择总设计流程和方法，再结合实际情况和相关标准对电池箱进行结构设计，采取适当的承载结构和连接方式，选择合适的布置方案，从而建立三维模型；然后为了保证分析的有效性，保留了电池内部框架，做出适当简化，建立有限元模型；接着依托Hyperwork平台对电池箱进行有限元分析，求解其静强度和前十阶模态振型，根据计算结果和后处理所得到的分布云图来找出存在结构缺陷的位置，通过分析发现电池箱总体设计比较笨重保守，后箱箱盖存在刚度不足，容易共振的状况，因此，需对电池箱进行轻量化设计，对电池箱后箱进行结构优化。

最后通过更换轻质材料、形貌优化等手段使箱体及结构件质量减轻约40%，经在此仿真分析后发现，优化后电池箱的动态性能有一定提升，最大应力有所下降，而位移形变、固有频率等各项指标满足安全要求，从而验证了优化设计的合理性。

关键词：动力电池箱；有限元法；静动态性能；结构优化

Abstract

In recent years, electric vehicles are increasingly popular in the market due to environmental and energy problems. Battery box is the only power source of electric vehicle - the load-bearing part of power battery, which has the functions of installation, fixation, protection and sealing. It is significant to design a battery box with high lightweight and sufficient mechanical performance for improving the performance of electric vehicle.

Firstly, this paper collects the relevant research data at home and abroad to summarize the current research status of battery box, so as to preliminarily select the general design process and method, and then combined with the actual situation and relevant standards to carry out the structural design of battery box, take the appropriate bearing structure and connection mode, select the appropriate layout scheme, so as to establish a three-dimensional model; then in order to ensure the effectiveness of the analysis, ensure the internal framework of the battery is reserved, simplified and the finite element model is established; then the finite element analysis of the battery box is carried out based on the hyperwork platform, and the static strength and the first ten modal vibration modes are solved. According to the calculation results and the distribution cloud diagram obtained by post-processing, the location of the structural defects is found. Through the analysis, it is found that the overall design of the battery box is bulky and conservative, and the rear box cover is stored In the condition of insufficient rigidity and easy resonance, therefore, it is necessary to carry out lightweight design for the battery box and optimize the structure of the rear box of the battery box.

Finally, the mass of the box and the structural parts is reduced by about 40% by means of replacing lightweight materials and shape optimization. After this simulation analysis, it is found that the dynamic performance of the optimized battery box is improved to a certain extent, and the maximum stress is reduced, while the displacement shape is improved Various indexes such as variable and natural frequency meet the safety requirements, thus verifying the rationality of the optimal design.

Key Words：Power battery box；finite element method；static and dynamic performance；structure optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 3

第2章 电池箱模型的建立 4

2.1电池箱几何模型的建立 4

2.1.1电池箱的设计要求 4

2.1.2电池箱的布置方案 4

2.1.3电池箱的结构设计 6

2.2电池箱有限元模型的建立 9

2.2.1有限元理论基础 10

2.2.2电池箱模型的简化 10

2.2.3几何清理 10

2.2.4网格划分及质量控制 11

2.2.5模型属性设置 12

2.2.6边界条件设置 13

2.3本章小结 14

第3章 电池箱的静动态分析 15

3.1电池箱的静力学分析 15

3.1.1静力学分析的基本理论 15

3.1.2静力学分析工况 15

3.1.3静力学分析结果 16

3.2电池箱的模态分析 18

3.2.1模态分析基本理论 19

3.2.2模态分析计算 19

3.3本章小结 24

第4章 电池箱的结构优化设计 25

4.1 结构优化概述 25

4.2电池箱的优化设计分析 26

4.2.1结构材料的更换 26

4.2.2后箱箱盖的形貌优化 26

4.2.3形貌优化结果 27

4.3优化结果校核 28

4.3.1 前箱静态性能校核 28

4.3.2 前箱动态性能校核 29

4.3.3 后箱静态性能校核 31

4.3.4 后箱箱动态性能校核 32

4.4本章小结 34

第5章 总结与展望 35

6.1总结 35

6.2展望 35

参考文献 36

致谢 38

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

随着环境污染、能源枯竭等因素的影响，电动汽车的开发成为了当前的研究热点。电动汽车的发展可以缓解环境和能源问题，更重要的是大力发展电动汽车有助于我国掌握电动汽车的核心技术，缩小技术差距，促进我国汽车产业发展。

动力电池包是电动汽车的核心，它的安全性关系到车辆的安全稳定性。一般而言，电池包的重量占整车18%—30%，减少电池包的重量能够提高电池能量密度，实现整车轻量化设计，从而极大的提高电动汽车的续航里程。电池箱作为动力电池系统内最大的结构件，具有较大的轻量化设计空间；电池箱也是动力电池系统的承载件，起到了支撑保护动力电池的作用，因此电池箱要能承受住多变行驶工况下的复杂载荷，要有足够的机械性能，能够抗冲击、抗挤压。

本文通过广泛查阅相关文献，总结了电池箱设计的关键性问题。首先确定电池参数，通过对其安装固定方式、内部空间布置、载荷分布以及散热条件等要求的综合考虑，建立电池箱三维模型，完成初步设计；然后根据有限元理论，进行适当简化，建立电池箱有限元模型，分析电池箱在颠簸路面上急刹车和急转弯工况下的机械性能；最后根据分析结果，对电池箱进行适当的优化设计，实现轻量化设计，同时保证其机械性能参数满足设计规范，进而设计出一款性能可靠、结构轻便的电动汽车电池箱。

1.2国内外研究现状

由于动力电池系统在整车中的核心地位，国内外学者都针对于动力电池系统进行了大量研究，取得了许多成果。