电动汽车动力电池包结构设计
电动汽车动力电池包结构设计
随着电动汽车的快速发展，动力电池系统作为其发展的关键和瓶颈，技术研发上也不断地取得突破。正是因为动力电池的重要地位，其结构设计上关系到整体系统的各项性能特点和安全要求，进而影响到整车的综合表现。本文根据课题组内对设计车辆的整车要求以及对动力电池的参数要求，完成电动汽车动力电池包的结构设计和相应的特性分析工作。
第1章 绪论
1.1 引言
电动汽车高速发展的今天，动力电池系统作为其发展的关键和瓶颈，技术研发上也不断地取得突破。正是因为动力电池的重要地位，其结构设计上关系到整体系统的各项性能特点和安全要求，进而影响到整车的综合表现。本文根据课题组内对设计车辆的整车要求以及对动力电池的参数要求，完成电动汽车动力电池包的结构设计和相应的特性分析工作。
1.2 动力电池包研究现状
1.2.1 动力电池发展现状
1.2.2 动力电池包结构设计研究现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 动力电池包结构设计
2.1 结构设计基本要求
2.1.1 整车设计要求
2.1.2 安全设计要求
2.2 动力电池包系统参数匹配设计
2.2.1 单体选型
2.2.2 电池容量校核
2.2.3 电池电压设计
2.2.4 电池系统框架结构设计
2.3 电池模组结构设计
2.3.1 单体布置方式选择
2.3.2 冷却方式比较及选择
2.3.3 电池块结构设计
2.3.4 电池模组成组设计
2.4 电池包结构设计
2.4.1 安装位置确定
2.4.2 模组布置方式
2.4.3 壳体结构设计
2.4.4 连接方式确定
2.5 其他组件设计
2.6 动力电池包功率密度计算
2.7 动力电池包结构总览
第3章 动力电池包性能有限元分析
3.1 电池包有限元分析
3.2 模型建立与分析手段概述
3.3 动力电池包强度分析
3.3.1 典型工况下的电池包结构强度分析
3.3.2 动力电池包模态分析
3.4 动力电池包碰撞性能分析
3.4.1 碰撞测试与碰撞防护分析
3.4.2 侧面碰撞情景分析
第4章 动力电池包单体可重构分析
4.1 动力电池回收利用介绍
4.2 电池包换电方式分析
4.3 单体可重构分析
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
首先，本文分析动力电池包设计过程中必须满足的各项安全性要求，确定采用3750个NCR18650型锂离子电池单体，通过50并75串的结构形式构成动力电池包的基本框架。电池包系统整体电池容量达到设计要求的36.5kW·h，电池总电压为270V，验算其满足理论上最大续航里程达到240km。动力电池包内部结构为5个相同规格的电池模组箱体呈异形T字排布，采用液体散热的冷却方式，防水防尘密闭等级为IP67级，安装于汽车底盘下方，车架纵梁跨度之间。所设计得电池包的总质量预估为364.382kg，计算得功率密度达到555.74 W/kg，基本满足设计要求的包级功率密度目标要求。
其次，完成对所设计的动力电池包进行结构特性分析和校验。运用CATIA三维建模软件完成动力电池从单体级到模组级再到整体包级的实体建模，结合ANSYS有限元分析软件分析验证颠簸＋紧急制动、颠簸＋紧急转弯两种典型组合工况下动力电池包的结构强度，在ANSYS Workbench平台进行电池包的自由模态强度分析。阐述当前电动汽车在碰撞性能上的要求，碰撞测试的必要性；结合安装位置和结构设计特点，分析了电池包各个方面的防碰撞措施，并模拟纯电动汽车侧面碰撞情景，运用LS-DYNA求解器和LS-PrePost软件对电池包进行模拟侧面碰撞分析。
最后，介绍未来动力电池随着性能的下降，使用寿命到达上限，将会有大量的电池退役报废，当前动力电池循环回收利用上前景广阔；分析目前热点研究话题——“快速换电”的突出优势和面临的难题；结合上述现象重点分析了所设计的电池包可重组可重构性。