電動汽車電池箱結構設計分析開題報告

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開 題 報 告1．結合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.1 背景隨著汽車的出現(xiàn)已經(jīng)有 100 多年的歷史了，經(jīng)歷了從歐洲的手工生產(chǎn)到美國的自動化生產(chǎn)，到日本的精益生產(chǎn)三個階段。 [1]它促進了經(jīng)濟的發(fā)展，改善了人們的生活，但是汽車到今天的發(fā)展，也帶來了很嚴重的問題，即能源，環(huán)保和安全三大問題，這是可持續(xù)交通的三大挑戰(zhàn)，也是 21 世紀汽車革命的方向。就在世界各國努力研發(fā)安全、潔凈、環(huán)保的汽車時，人們把目光再次投向了電動汽車身上。 [2]我國政府非常重視對電動汽車的發(fā)展，在九五、十五期間、國家投入了大量人力，物力對電動汽車進行研發(fā)， [3]電動汽車被列入 863 重點項目，十五重大公關項目。各省及汽車生產(chǎn)企業(yè)也在積極的進行電動汽車的研發(fā)，本設計就是結合當前電動汽車發(fā)展趨勢展開電池箱的設計與研發(fā)。 [4]動力電池是目前純電動汽車的唯一動力來源，是影響純電動汽車性能的重要因素之一。電池包的安全性直接影響到整車的安全性，電池箱體作為電池組的載體，對電池組安全工作和防護起著關鍵作用。 [5]電池箱體設計，需要充分考慮多方面的因素。特別是小型純電動汽車，因空間非常有限，電池箱體既要裝入更多電量的電池，又要與整車完美匹配，所以對電池箱體的設計要求會更高。 [6]隨著電動汽車的發(fā)展，動力電池包作為純電動汽車的核心部件，電池包的安全性逐漸凸顯出來，直接影響到整車的安全性。電池包的開發(fā)需要充分考慮多方面的因素，需要學習吸收國內(nèi)外先進的技術經(jīng)驗，對設計方案進行反復驗證優(yōu)化。因此就對電池箱體的強度、剛度、散熱、防水、絕緣等設計要求更高，所以電池箱體的設計就需要既考慮安全性，又要考慮空間權限以及對整車性能的影響。 [7，8]電池箱體開發(fā)的目標是在滿足強度的前提下，滿足電氣設備外殼防護等級IP67 設計要求 [11]，包內(nèi)電池組在底板生根，線束走向合理，美觀且固定可靠。 [9]目前，我國乃至世界的電動車之所以不能大規(guī)模的使用都是因為電動汽車續(xù)航能力差，其主要原因是電池容量小，電池容量大小與電池箱結構緊密相關，所以針對此問題，我們展開對電動汽車電池箱的設計與分析，在保證安全系數(shù)的情況下，可以得到一個較為優(yōu)秀的電池箱。1.2 課題研究的目的和意義根據(jù)對純電動汽車動力電池箱體的功能需求，并針對某車型動力電池箱體試驗反映出的開裂、密封和頂蓋積水等問題對電池箱體進行改進設計。同時對振動試驗方法進行了梳理，確定適合動力電池箱體功能需求的振動試驗方法，借助于 CAE 仿真分析驗證了電池箱體改進方案的可行性。通過對箱體結構優(yōu)化設計，提升箱體的性能，降低其重量。動力電池系統(tǒng)是純電動汽車的關鍵零部件，它的安全性、可靠性和耐久性至關重要 [10]決定著整車的性能。純電動汽車動力電池多布置在車身底板下方，有著較為殘酷的安裝環(huán)境，電池箱體作為動力電池的載體，在動力電池安全工作和防護方面起著關鍵作用 [11]。近幾年盡管鋁合金材料、碳纖維材料等因輕量化程度高備受追捧，但是其高昂的成本對普及來說是個極大的困難。當前，金屬材料仍是車身結構設計和箱體結構設計的主要選擇。因此，如何在結構設計和箱體結構設計的主要選擇。因此，如何在結構設計合理性及材料選擇合理性方面得到進一步改進，才是箱體結構設計的首要任務，也是一個值得探討的課題，本文基于此開展電動車動力電池箱體的研究。1.3 電動汽車動力蓄電池箱的研究現(xiàn)狀近年來，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，電動汽車的發(fā)展也取得了一定的顯著成就。動力電池不僅是目前純電動汽車的直接能量來源，同時也對電動汽車的性能有著一定的影響。電池包與整個車體的安全性能有著直接關系的，而作為電池組載體的電池箱體，對電池組的安全和防護有著不可替代的重要作用，電池箱體的設計，需要考慮很多的影響因素。特別是小型純電動汽車，因為空間受到了限制，所以就必須在電池箱體內(nèi)裝入可存更多電量的電池，并且還必須與整車之間實現(xiàn)完美的搭配，因此，電池箱體的設計有著更高的要求。從現(xiàn)狀看，動力電池被安置在汽車之上，是汽車特有的動力來源，影響著電動架構下的汽車性能。電池箱這一配件的安全，關涉著整車安全；箱體被看成是電池組的必備載體，對運轉時段內(nèi)的電池組，凸顯出防護的價值。加強筋結構適宜空間偏小的電池箱體，要與整車妥善匹配。為此，有必要辨明加強筋結構特有的優(yōu)化設計，解析構架優(yōu)化的新途徑。張曉紅等對某款電動汽車的動力電池箱體進行研究，將碳纖維材料應用于動力電池箱體從而實現(xiàn)輕量化的目的，并采用有限元仿真方法對動力電池箱的性能進行了強度分析，仿真計算結果表明：采用碳纖維材料的動力電池箱體的機械性滿足設計的要求。楊書建分析了電動汽車在不平坦路面上進行急轉彎和急剎車時電池箱的受力狀況，得到了電池箱的模態(tài)特性和定頻特性；在此基礎上，利用 Hyperworks 軟件中的優(yōu)化設計模塊對電池箱的頂蓋和底板上的加強筋形狀和尺寸進行了優(yōu)化設計，通過對優(yōu)化設計前后電池箱的動靜態(tài)特性進行對比從而最終確定電池箱體的優(yōu)化結構、吳宏等對幾種典型的電動汽車電池箱通風冷卻結構進行了研究，分析結果表明：正面通風并且加裝風檔板的電池箱冷卻結構在所研究的對象中最為合理，不僅使電池的工作溫度處于合適范圍內(nèi)，而且溫度分布均勻，能夠滿足工程實際中的使用需求。桑林等建立了某款電動汽車的動力電池箱有限元仿真模型，研究了電池箱在車輛體系或行駛路面顛簸的情況下的結構力學、自由模態(tài)和約束模態(tài)特性以及激勵的頻率響應，并進行了實驗驗證。丁麗萍采用 SolidWords 軟件對所開發(fā)的電動客車動力電池箱的托架在不同工況下的強度進行了計算分析，并通過電動客車的實際運行驗證了計算結果的可靠性，為相關電動汽車的動力電池箱的優(yōu)化設計提供一定的思路。參考文獻：[1]ZhangXiongwen.Thermal analysis of a cylindrical lithium-ion battery[J]2011.46~48[2]王珂，樂玉漢，張浩。純電動汽車動力電池特性及應用研究[D].武漢:武漢理工大學.2011.103~105[3]車杜蘭，周榮，喬維高.電動汽車電池包散熱加熱設計[J].北京：北京汽車.2010.78~79[4]王望予，汽車設計（第 4 版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 .2011.6.10~20[5]王陽，寧國寶，鄭輝.集中電機驅(qū)動純電動汽車電池包設計[J]北京：汽車設計2011.9~11[6]徐昌明，鈑金展開加工工藝，鈑金展開加工技術[m] 北京：化學工業(yè)出版社2011.1~10[7]Technical Overview of Electric Vehicle .JSAE Review.2002.101~104.[8]李夕亮，郭世永.基于 NASTRAN 蓄電池箱有限分析與實測研究[J].湖北:湖北汽車工業(yè)學院學報.2007.56 ~60[9]巫建浩，車載電池系統(tǒng)振動有限元分析[D]. 上海:上海海事大學.2001.96~100[10]謝先宇，朱順良，王侃等.車用動力電池試驗安全防護技術[J]上海:上海汽車，2015.128~131[11]張曉紅，周鋒，馮奇等.車用動力電池碳纖維箱體的設計研究[J].上海汽車，2014.153~160[12]謝先宇，陸珂?zhèn)?，新能源汽車用動力電池系統(tǒng)振動試驗研究[J].上海:上海汽車，2014.56~60[13]崔勝明，韓家軍，新能源汽車概論.北京：北京大學 2011..106~110[14]陳昊 .電動汽車電池熱管理的參量特性實驗研究.碩士學位論文.吉林. 吉林大學.2016.80~90[15]李東鋒，金利芳.小型純電動汽車動力電池箱設計.http://www.doc88.com/p-9042096932944.html.2013.01.28開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1 研究目標與研究內(nèi)容通過對電動汽車電池箱的學習，了解電動汽車電池箱結構特點及工作環(huán)境，對電池箱進行結構設計與強度分析。以電池箱滿足車輛運行時的結構可靠性為目標，對箱結構進行設計，采用三維 CAD 軟件對其應力分布及變形情況進行仿真分析并由此指導結構優(yōu)化設計。本設計要求以電池箱各壁面滿足結構強度為目標對某動力電池組電池箱結構進行設計分析，熟悉車輛行駛過程電池箱壁面承受的沖擊情況。電動汽車的開發(fā)，考慮到電池系統(tǒng)的體積，重量和車身上現(xiàn)有的可布置空間，以及電池系統(tǒng)各部件的互聯(lián)互通，一般將電池系統(tǒng)各部件集成在一個箱體內(nèi)布置在車身底板下方前后軸之間的區(qū)域，對此，電池系統(tǒng)的固定和防護尤其重要。2.2 研究手段2 （1）利用 CAD 軟件組建電池箱模型。（2）靜強度仿真模型的搭建與仿真結構分析。（3）電池箱結構模態(tài)計算分析與電池箱振動特性試驗。（4）畢業(yè)設計總結，寫畢業(yè)論文準備答辯。2.3 解決問題（1）耐振動強度。靜強度一般比較容易達成，而振動強度和疲勞耐久性能是考核的重點。（2）耐沖擊性能。經(jīng)歷沖擊試驗后，要求箱體外部及內(nèi)部不應有機械損壞、變形和緊固部位的松動現(xiàn)象，而跌落可看成是特殊形式的沖擊。（3）碰撞安全性能?？紤]車輛在發(fā)生正面碰撞、側面碰撞及后碰撞過程中對電池箱可能造成的擠壓破壞而采取的有效保護措施。開 題 報 告指導教師意見：指導教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日