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纯电动汽车动力电池包结构静力分析及优化设计
摘要：动力电池包作为纯电动汽车的唯一动力源，承受着电池组等模块的质量，因此其强度、刚度必须满足使用要求才可以保证行驶的安全性。在建立其有限元模型的基础上，分析了电池包结构在弯曲工况、紧急制动工况、高速转弯工况、垂直极限工况以及扭转工况下的强度、刚度。分析结果显示，在垂直极限工况下，电池包底板的受力情况最为恶劣，因此对原有模型做出了改进，改变底板加强筋的布置形式。经过相同工况的模拟，发现在力学性能提升的基础上，整体质量得以减轻，实现了轻量化的目标。

关键词：动力电池包有限元法静力分析优化设计

Abstract：Astheonlypowersourceofpureelectricalvehicle，thepowerbatterypackbearstheweightofseveralmodelssuchasthebatterymodel.Toensurethesafety,thepack’sstrengthandstiffnessmustmeetthefundamentalrequirements.Thispapermainlyanalyzedthestrengthandstiffnessunderdifferentworkingconditonsonthebaseofafiniteelementmodel.Thersultshowsthatandthecorrespondingstressanddeformationgraphsareobtained.Thestructureofthebatterypackisimprovedafteranalyzingthecausesofthestressconcentration.Also,theperformanceofthenewmodeliscomparedwiththeoriginalone.Theresultsshowthattheweightofthestructureisreducedwhiletheperformanceofthestructureisimproved,andthelightweightofthevehicleisrealized.

Keywords:powerbatterypackfiniteelementmethodstaticstructuralanalysisoptimaldesign

引言
小型纯电动汽车作为我国新能源汽车产业化的战略车型之一，得到了人们越来越多的关注。动力电池包作为纯电动汽车的唯一动力源，起着保证电池组正常、安全工作的关键作用。本文对国内某一微型纯电动汽车的电池包的结构进行静力分析，计算出不同行驶工况中结构受到外部载荷时的应力与应变情况，并对结构的强度、刚度进行校核，发现原有结构中存在不足的地方，对其进行了相应地优化设计，使得电池包结构在使用性能提高的同时，自身的重量降低。

1.电池包结构分析
1.1电池包结构有限元模型
本文所研究的电池包是一种箱体结构，如图1所示，由高强度钢板焊接而成。因此采用板壳单元模拟电池包结构。为了减少模型前处理工作量，并不影响总体计算精度的前提下，在建立电池包有限元模型时，做出了以下的简化工作：如忽略一些尺寸较小的倒角、圆角、工艺孔等结构。
1.2边界条件约束
边界条件约束是结构有限元分析中的一个重要部分。约束的正确性决定着计算分析结果的准确性。由于电池包通过7个螺栓与车身连接，因此对连接的部分施加固定约束。
1.3材料属性
电池箱底板需承受较大的载荷，因此选用DC01型号的高强度冷轧钢板。材料参数见表1。
表1.材料参数
材料屈服强度(MPa)抗拉强度（MPa）密度(g/cm3)泊松比弹性模量DC012102707.850.302.07e5
1.4计算工况
由于此款电池包应用于微型纯电动汽车，其主要在城市路面上行驶，因此对其在行驶过程中可能遇到的五种工况进行分析。即弯曲、制动、转弯、垂直极限和扭转五种工况。
1.4.1弯曲工况分析
电池包满载静止工况主要是用来模拟电动汽车静止或者在路况较好的路面上行驶时的结构应力分布及变形情况。在这种工况下，电池包主要受到的载荷是包括电池包中的电池模块、控制模块以及连接部件等质量在重力加速度作用下所产生的重力。
1.对结构施加的载荷
由于电池包结构通过七个螺栓与车身相连接，所以电池包结构只需要承载电池包自身的重力即可而无需考虑到整车上的乘员以及货物的质量。该电池包的整备质量为140kg，取重力加速度g=9.8N/m2。因此要对结构施加的载荷为F=mg=140*9.8=1372N。在有限元模型中，将载荷施加在结构的重心上。
2.分析结果
经过ANSYS软件分析计算之后，得到了电池包结构的应力与应变云图，如图