摘 要

电池包是电动汽车安放电池的载体。电池作为电动汽车的动力来源，保证其安全、正常的工作是电池包的主要结构性能。本文首先按照要求设计MF3型电动汽车电池包。然后使用CATIA软件进行仿真模型的建立。基于计算机仿真模型，使用有限元分析方法对电池包的模态特性、刚度/强度特性、散热特性进行了探索和研究。这种研究方法不仅能减少设计的成本，同时研究开发的时间也能相应的缩短。通过分析找出设计缺陷，并提出优化方案进行对比改进。最后通过改进材料和部分结构的更改基本达到了设计的要求。

关键词：电池包；模态；仿真；有限元

Abstract

The battery of electric vehicle is placed in the battery pack. Battery is the power source for electric vehicles. Battery pack provide a place for battery to work safety and well. In this article, firstly I design a battery pack in rules. Secondly, using CATIA to establish a simulation model. Base on the model, using Finite Element Method to analysis the modal, stiffness, strength and thermal performance. In this way, we can spend less money and less time to do research. Through the analysis to find design flaws, then correct them. Finally, by changing the material and the part of the structure, the design meets the design requirements.

Key Words：battery pack；modal； simulation；Finite Element Method

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 纯电动汽车电池包的研究现状 1

1.3 主要研究内容和技术方案 2

第2章 电池包结构设计及有限元模型的建立 3

2.1 引言 3

2.2 电池包结构设计 3

2.2.1 设计要求 3

2.2.2 结构设计 3

2.2.2.1 布置结构选择 4

2.2.2.2 电池包结构设计 5

2.2.2.3 结构设计具体步骤 6

2.3 电池包有限元模型的建立 10

2.3.1有限元法的介绍及分析思路 10

2.3.2建立电池包有限元模型 10

2.3.2.1 几何清理 11

2.3.2.2 材料选择 11

2.3.2.3 进行单元划分 11

2.4 本章小结 12

第3章 电池包的特性分析 13

3.1 电池包的模态分析 13

3.1.1模态分析理论 13

3.1.2进行电池包模态分析 13

3.1.3结果分析 15

3.2 电池包的刚度、强度分析 16

3.2.1刚度与强度分析的理论 16

3.2.2进行电池包刚度和强度的分析 16

3.2.3分析结果 16

3.3 电池包的散热性能分析 17

3.3.1散热性能的分析理论与方法 17

3.3.2进行电池包散热分析 18

3.4 本章小结 18

第4章 电池包的改进设计 19

4.1 优化设计 19

4.1.1 优化材料 19

4.1.2 优化结构 19

第5章 总结 20

参考文献 21

致谢 22

一.绪论

1.1 研究目的及意义

近几年来，世界上发达国家汽车保有量渐渐从高速增长转为饱和，我国也有这样的趋势，这代表一个汽车保有量顶峰的到来。这样的一个趋势，也代表着人们生活出行方式的一种转变。其中，美国是目前人均汽车保有量最高的国家，平均每个家庭就拥有2到3辆汽车。我国的汽车工业虽然发展较晚，但随着国际各大汽车公司的合资建立公司进入中国，我国的汽车制造业实力也在逐渐的提升。然而，就是在这样一个汽车普及率极高的时代，传统的汽车工业也带来了环境污染、石油枯竭等全球性问题。

石油枯竭是传统汽车发展的巨大瓶颈，也是迫在眉睫的问题。由于目前的传统汽车所使用的燃料基本都是石油制品，所以石油能源的危机是限制汽车工业可持续发展的主要因素之一。全球已探知的石油资源只够人类使用40年左右，如果不发现新能源或者改变汽车能源供给方式，在40年后，传统汽车都将无法使用。特别是我国，在1993年后，我国就成为了石油纯进口国，而且石油的需求量也是逐年增长。据统计，2010年国内机动车的消耗的石油量为1.38亿吨，占全国石油消费的43%左右。预计到2020年，我国机动车的燃油需求量将达到2.57亿吨。逐渐减少的石油资源势必会影响到我国机动车工业的发展，这是个急需解决的问题。

于此同时，汽车尾气和噪音所带来的环境污染也是不能小觑的。随着汽车保有量增加，尾气排放也随之增多，地球大气污染情况越来越严重，全球温室效应也越来越明显。汽车尾气是全球主要城市大气污染的主要因素之一，大气中排放的污染物中60%是汽车尾气。而且人类在马路上不可避免的吸入尾气，对人体呼吸道、肺部的伤害也很大。而且近年来对噪音污染的研究也越来越多，有研究表明，传统汽车发动机等部件发出的噪音也会对人们的身体健康造成一定的危害。

研发纯电动汽车是一个解决上述各种汽车工业问题的一条很好的途径。相比传统汽车，纯电动汽车使用的能源是可再生的电能，而且电能能通过多种方式获得，如风力、水力、核能等等，是很难枯竭的一种能源。同时，电动汽车没有传统发动机的噪音和尾气排放，对环境和人类都是非常友好的。此外在目前拥堵的城市工况中，开开停停、车速始终不高的开车状态下电动汽车的能源利用效率比传统汽车更高。

1.2 纯电动汽车电池包的研究现状

电池包是电动汽车的动力输出，它为电动汽车的行驶提供动力。电池包的设计能在很大程度上影响电动汽车的性能。首先，电池包要有合理的结构来装载、保护电池，然后电池包上要有一套系统来监测、控制电池的运行状态。目前电动汽车使用较多的是锂离子电池，这种电池对温度比较敏感，在合适的温度下，它能发挥出比传统发动机更强的加速性能，但是在很差的温度环境下，不仅不能发挥原有的性能，还有可能受到损坏。所以如果电池包具有良好的散热控温能力，将有效的保证电池的性能。目前，国内外都对电池包的散热性能做了大量的研究，文献[1][3][8][14]提出很多种散热结构设计，文献[12]甚至对某一种散热方法进行深入研究并总结出快捷计算方法来评估电池包散热性能。但在另一方面，文献[2][4][11]考虑如何设计电池包使其刚度、强度能保证电池不受到外力冲击，使其模态不影响电池的工作和人类的使用，保证电池在汽车的各种工况下都能稳定工作，也是一个研究方向。

总而言之，目前国内外都在积极研究电池包的设计，并通过大量仿真建模和实物实验分析，对现有的电池包结构进行优化改良。