汽车的电动化和轻量化是应对能源危机和环境压力的有力措施。现今,电动汽车普及程度越来越高,电池包的能量密度随着社会的需求也不断地增加,随之产生的电池包安全问题引起了社会的广泛关注。为了保障电动汽车的安全性和实用性,加速电动汽车的普及,对电池包安全性进行研究是十分必要的。故而,本课题采用了实验和仿真的研究方法,对电池包的结构安全性进行了分析和优化,提高了电池包的结构安全性和轻量化特性。首先,对某动力电池系统的电芯、模组以及电池包分别进行了挤压力学实验研究。实验结果表明,18650三元锂电芯在挤压载荷下的变形阈值为5mm,这将作为电池包底部碰撞的安全性指标。此外,通过实验还分别获得了电芯、模组以及电池包在挤压载荷过载下的力学响应曲线和具体的失效行为,为有限元模型的建立和验证提供了依据。而后,以实验数据作为输入和参考,对电芯和模组进行了均质化等效,建立了电池包的等效数值模型并进行了精度验证。这平衡了大型电池包有限元模型的计算精度和计算效率。基于电池包的等效模型,对电池包进行了底部碰撞和垂直冲击仿真研究,从刚度和强度两个角度对电池包的结构安全性进行了分析。分析结果表明,在底部碰撞过程中,电池包壳体的刚度足以保护内部结构。但在冲击激励下,各结构应力水平差异较大,部分零件的强度有待优化。最后,根据仿真分析的结果确定了需要优化的结构,将结构厚度作为尺寸优化变量,并选择了4种不同强度的双相钢牌号作为材料优化变量。按照“建立数学模型-试验设计-建立近似模型-优化求解”的流程,对电池包壳体进行了结构-材料重新匹配优化。优化后的电池包结构-材料匹配设计提高了电池包壳体的结构安全性,均衡了电池包壳体各结构件的应力分布。与此同时,电池包的质量降低了8.062kg,约占总质量的2.1%。研究结果一定程度上验证了结构-材料集成匹配优化的优化方案在电池包结构性能增强方面的有效性。