车用动力电池碳纤维箱体的设计研究

以某款电动汽车动力电池箱体为研究对象,探讨了碳纤维应用于动力电池箱体以实现轻量化的设计思路,阐述了其具体设计过程,并采用有限元法对电池箱体的性能进行了评估,结果表明碳纤维电池箱体的各项机械性能均满足设计要求。在此基础上,对碳纤维电池箱体的设计进行了总结。     

纯电动乘用车动力电池箱体设计优化及仿真分析

电池箱体作为动力电池总成的主要承载部件，其结构强度对动力电池系统的可靠性有着关键影响。研究了某款纯电动乘用车电池箱体，运用有限元分析方法对电池箱体的振动模态、结构强度进行分析并制定改进建议，完成了改进方案的台架试验验证。针对电池箱体开发，通过前期设计优化及有限元分析方法，对电池箱体的模态及结构强度进行分析，实现产品方案的快速迭代，减少试验风险，保证动力电池产品的结构可靠性。     

某新能源汽车复合材料电池包轻量化设计

电池包是电动汽车的动力源,其中下箱体及模组安装板是电池包的主要承载部件,采用碳纤维复合材料代替原不锈钢材料对下箱体及模组安装板进行轻量化设计。上箱体兼顾到制造成本问题,使用原不锈钢材料。结果表明,采用碳纤维复合材料的电池包在满足力学性能的同时,相比于原不锈钢材料,电池包重量指标得到了较大的改善。     

高耐久寿命下的转向架齿轮箱体轻量化方法研究

在新型双轴宽轮距转向架中,齿轮箱作为构架梁体的主要组成部分,其可靠性直接影响车辆的运行品质和行车安全。以新型双轴宽轮距转向架的齿轮箱体为主要研究对象,重点研究齿轮箱箱体的轻量化设计方法,使其在满足高耐久寿命的前提下,最大程度实现轻量化。首先对箱体进行了受力和有限元分析,分析结果表明应力最大值远小于箱体疲劳强度,因此存在轻量化空间。根据箱体疲劳寿命的要求计算出箱体允许承受的最大应力,以此最大应力为约束,对箱体的结构进行了优化。最后应用虚拟疲劳耐久仿真方法对箱体进行了检验,结果表明箱体符合高耐久寿命要求,从而验证了轻量化的合理性。     

纯电动汽车用动力电池碳纤维上盖的设计

为达到某纯电动汽车动力电池上盖轻量化设计目标,在保证碳纤维上盖刚度的前提下,从成本、模态分析、自重、成型工艺等方面对不同碳纤维材料结构进行了评估,最终确定选用铝蜂窝夹层结构方案并进行详细结构设计及工艺设计。该方案的动力电池上盖质量为4 kg,比铝合金方案轻1.784 kg,达到轻量化设计目标;通过自由模态试验对碳纤维上盖仿真模型进行验证,结果表明,仿真模型的1阶自由模态和3阶自由模态的误差较大,需要进一步优化。     

连续纤维复合材料电池包上盖的设计研究

轻量化技术可有效提高新能源汽车续航能力和驾驶性能,已被广泛应用于汽车的生产制造中。连续纤维复合材料在比强度、比刚度、热膨胀系数与抗疲劳性能等方面比传统金属更具有优势,开启了轻量化新时代。文章以新能源汽车核心部件电池包为研究对象,基于高压树脂传递模塑成型（HP-RTM）工艺,根据碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料的材料特点,对电池包上盖进行了轻量化设计。通过结构优化、工艺优化、连接方式优化等技术手段完成了电池包上盖的轻量化量产方案。电池包样机测试结果表明,采用碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料制作的电池包上盖可以有效提升电池包结构的强度、刚度以及耐疲劳性,综合减重达50%以上。文章所述的连续纤维复合材料轻量化设计方案也可为汽车其他零部件设计提供指导。     

超高强度钢在汽车底盘零部件中的设计应用

在汽车底盘零部件轻量化设计过程中,通过轻量化解决方案中的新材料应用和结构优化设计两个主要途径进行研究,以汽车底盘前悬摆臂轻量化设计为例,在同等工况条件下,一方面提出了采用高强度钢和超高强度钢的材料应用方案;另一方面提出以结构优化设计的双片扣合式和单片式的结构方式进行结构设计,建立高强度钢与双片扣合式、超高强度钢与单片式数学仿真模型。然后采用CAE方法对前悬摆臂L1、L2级工况进行分析对比。仿真结果表明:采用超高强度钢与单片式方案比高强度钢与双片扣合式方案具有更好的结构优化空间,更好体现出零部件薄壁化、中空化、小型化、复合化。采用超高强度钢方案轻量化方案较高强度钢减轻21%,轻量化解决方案效果明显。     

碳纤维复合材料发动机罩轻量化设计研究

汽车车身轻量化是解决汽车节能减排的重要方法之一。碳纤维复合材料是车身最理想的轻量化材料。选择发动机罩作为典型的车身件,以发动机罩的尺寸优化分析和结构设计要求为设计前提,对碳纤维复合材料和发动机罩的结构进行设计,通过对设计后的发动机罩进行性能仿真分析,验证碳纤维复合材料发动机罩的可行性。     

新能源汽车电池包箱体结构的轻量化研究现状

通过分析现有电池包箱体的研究状况,对电池包箱体的材料选择、结构设计和制造技术进行了梳理.在选材上,轻质合金箱体是目前电池包箱体轻量化的主要用材;在结构设计上,箱体的耐撞结构、加强筋和内部模组隔板是设计时考虑的重要因素.最后,提出车身-底盘电池包结构一体化、一次成型和连接技术轻量化将是电池包箱体结构设计的主要趋势.     

基于拓扑优化的某重型车桥桥壳轻量化设计

对某重型车桥桥壳在设计工况下的静强度性能进行了有限元分析,并对该桥壳结构进行了轻量化设计。采用拓扑优化方法,以初始设计作为优化的基结构,以重量最轻为目标函数,以结构的静强度性能为约束条件,进行了优化迭代计算。轻量化设计后,减轻了桥壳的重量,且轻量化结构满足强度要求。     

基于安全、轻量化、可靠性多目标的新能源汽车电池包壳体开发

电池包作为新能源汽车的动力源,是新能源汽车最重要的部件之一,而电池包壳体对电池包乃至整车起重要保护作用,是新能源汽车的关键部件。电池包壳体质量占整车的2%～6%,电池包壳体对汽车轻量化同样起到重要作用。基于全球汽车产业的节能减排发展目标,从安全性、轻量化、可靠性3个角度出发,论述了新能源汽车电池包壳体开发的行业发展现状,展望其未来的发展趋势,同时针对这一领域存在的共性关键技术问题进行了讨论。     

汽车碰撞安全与轻量化研发中的若干挑战性课题

汽车结构与动力电池的碰撞安全性是开发轻量化、电动化汽车的强制性要求和关键基础性支撑技术。通过3个方面的10个典型课题及研究结果，介绍并综述了汽车碰撞安全性研发的技术挑战。第一，采用夹层式汽车前舱罩盖技术，提升罩盖结构力学特性的横向均匀性以及冲击响应历程的均匀性，满足汽车吸能位移限定下的行人头部碰撞响应控制；采用精细人体有限元模型解析复杂工况下行人下肢损伤机理和影响参数，基于人体组织损伤层面的虚拟评估改进汽车结构的人体碰撞保护设计；面向复杂道路交通事故工况和多样化人体特征，解决强非线性条件下的自适应乘员智能保护系统优化设计难题，通过在时间和空间上对乘员约束载荷的均衡化实现针对工况可调的碰撞保护。第二，揭示材料冲击测试中系统共振导致信号振荡和材料屈服放大振荡的机理，开发抑制信号振荡的轻质动态力传感器；精细表征材料在碰撞载荷和复杂应力状态下的力学行为，针对高强钢、塑料、胶粘和焊点等轻质高强材料及复合连接接头建立大变形失效断裂预报方法及仿真模型。第三，基于动力电池多工况挤压试验，建立电池在外载荷作用下的材料失效、电压陡降与温度上升的响应特征关联性，提出用力学响应特征预测电池内部损伤起始和短路发生的判据，解决电池在机械滥用载荷下的短路预测问题，建立能准确预测电池变形响应的数值模型及碰撞安全评估方法，并应用于电池包和电动车的轻量化与碰撞安全性设计。     

纯电动汽车电池包轻量化设计综述

纯电动汽车因其清洁、无污染的特性,成为各国研发的重点方向。其电池包是整车的核心部件,起承载和保护动力电池组的关键作用,其结构设计的轻量化是汽车轻量化、提升续驶里程的关键途径。电池包服役过程中需承受来自地面的各种冲击载荷,箱体结构的强度、刚度及安全性等均会对电池包性能产生影响。通过总结不同品型电池包在结构设计、材料选用、静态特性和动态特性 4个方面的性能参数,从这 4个方面比较了不同轻量化设计电池包对材料的性能要求,评估了不同材料的轻量化效果,为选用合适的轻量化材料用于电池包的结构设计提供参考和理论指导。     

基于侧碰耐撞性的B柱轻量化设计

研究了薄壁梁三点弯曲工况压溃力与材料强度和板厚的关系,并提出了一种B柱轻量化设计方法。对于B柱下端,侧撞时发生压溃折弯,可近似等效为三点弯曲工况,且用高延性高强钢代替普通的强度较低的高强钢,进行B柱下端的轻量化设计。至于B柱上端,因其侧撞时主要发生刚性转动,可等效为静力学问题,施加侧撞等效静载力,将B柱上端划分成N段,利用Optstruct软件对各段板厚进行优化。最后以某车型为例,将B柱上、下端优化方案导入整车侧撞模型中进行优化。结果表明优化后B柱关键部位的侵入速度和侵入量与原始设计几乎相当,证明该轻量化设计是有效的,优化实现了24%(1.9 kg)的轻量化效果,而其耐撞性不受影响。     

基于试验设计与PSI决策相结合的白车身前端结构轻量化设计

为提高白车身轻量化设计效率,提出了一种试验设计与PSI决策相结合的轻量化设计策略。首先对白车身基本静-动态性能和正撞安全性能进行有限元分析,并通过车辆正撞试验验证有限元模型的准确性。然后采用贡献度分析对白车身前端结构进行设计变量筛选。接着通过试验设计获得白车身前端结构轻量化备选解。最后采用PSI法对众多备选解进行多目标决策,获得最佳轻量化方案。结果表明,轻量化设计后,白车身前端结构质量减轻4.43 kg,轻量化率达7.23%,同时白车身性能均满足设计基线要求。     

激光加工复合材料电池盒夹具的设计方法

由于复合材料电池盒的易变形性和制造误差特征,复合材料电池盒加工夹具设计显著区别于普通机械加工工件定位夹具。本文首先介绍了复合材料加工技术的发展,给出了随着加工技术的发展带来了夹具的简化;最后,重点阐述了面向复合材料电池盒夹具设计的定位原理和夹具的优化设计方法。     

基于布置优化的汽车蓄电池支架轻量化设计

为在节省设计开发成本的同时,实现蓄电池支架轻量化的目的,文章针对某款车型蓄电池的横向布置形式,进行布置分析及蓄电池支架结构的轻量化设计.通过更改蓄电池在纵梁上的布置位置,来简化蓄电池支架结构,满足轻量化设计要求,使蓄电池通过蓄电池支架,分别固定在左悬置和纵梁上.更改后的蓄电池支架结构整体质量减轻约25％,CAE分析结果显示,新设计的蓄电池支架结构满足设计要求.     

FSEC赛车电池箱结构强度有限元分析

针对FSEC赛事规则以及动力系统的需求,文章设计一种FSEC赛车电池箱体。在CATIA中建立电池箱体有限元模型,通过使用ANSYS workbench有限元仿真软件对其进行急加速、急减速、转弯、耐久等工况分析,得到电池箱体的变形云图、应力云图和疲劳交变应力云图,明确了最大应力值以及最大变形位置,为后续结构优化设计提供方向。利用ANSYS软件进行仿真驱动研发,极大提高了设计效率,促进了大赛的发展。     

灵敏度分析方法在车身轻量化中的应用

建立了某轿车车身有限元模型,由有限元分析求得车身固有频率与刚度值,并通过模态试验验证了该模型的合理性.根据车身构件的灵敏度分析结果选择设计变量,在提高车身刚度和动态性能的前提下,以轻量化为目标优化车身构件厚度,使车身总质鼍减轻了9.7%;刚度和固有频率也都有所提高.