电动汽车快换动力电池箱结构优化及轻量化设计

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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%。
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