1目的及意义

1.1研究背景与意义

当前，随着石油、煤炭等不可再生能源的快速消耗和我国社会主义事业的高速发展，能源短缺问题逐渐凸显出来，现已成为建设我国新时期社会主义事业的重大阻碍之一。与此同时，随着燃油车数量的逐年增多，汽车尾气排放带来的环境污染问题也不容小觑。能源安全问题和环境污染问题的双重压力迫使我国在内的世界上多个国家都在大力发展新能源汽车。电动汽车因其具有低碳环保、启动快、噪声小、节能等众多优点让人们津津乐道。截止目前为止，欧洲许多国家都发布了全面禁售燃油车的时间表，中国政府也踊跃响应这一行动，正在积极研究燃油车退出市场的时间表，届时汽车市场将全部由电动汽车主宰。汽车产业的转型升级无疑对于中国这样一个汽车大国成为一个汽车强国来讲是一个非常重要的战略机遇。

当前，电动车的发展还不能用一帆风顺来形容，电动汽车本身的技术问题、配套的充电设施建设问题、销售价格、安全性等都是其推广应用路上的绊脚石。目前制约电动汽车发展的最大瓶颈之一是续航里程。在当前电池技术难以有突破性进展的前提下，轻量化设计不仅能降低动力电池的耗电量提升电动汽车的续航里程，同时也能有效的改善电动汽车的整体动力性能。欧洲铝协公布的数据显示：对于传统汽车，自重每降低10%，能耗可降低6%-8%。对于电动车而言，一百公斤的减重可以增加10%左右的续航距离。在电动汽车中，电池作为整车驱动的唯一动力来源，在纯电动汽车各总成中起着举足轻重的作用。目前，纯电动汽车动力电池质量和体积普遍较大，并且用于装载动力电池的电池包箱体也过于厚重，电池重量占整车重量比例较大，整车重量超过普通汽车一倍以上，如特斯拉Model S车重达到了2108Kg，电池板总重高达900Kg。作为纯电动车，只有降低整车重量，才能相对控制电池的容量，降低既昂贵又占空间的电池投入。针对目前电池箱体型材结构存在的重量大，结构复杂等问题，对纯电动汽车电池箱体结构进行轻量化设计不仅具有重要的研究意义，同时也是促进纯电动汽车产业发展的一个关键手段。

1.2国内外研究现状

电动汽车的历史可以追溯到100多年前，其历史比燃油车都还要早，但是它在发展过程中由于电池和电机驱动技术的制约，发展的相对缓慢。在石油的开发和内燃机技术提高和成熟后，电动汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代，电动车的发展更是停滞不前，内燃机汽车彻底主宰着汽车市场。直至上世纪90年代，由于环境问题和能源问题的出现，电动汽车重新回归人们的视野。现如今，从能源安全、环境保护、技术进步、产业升级等多个角度综合考虑，电动汽车都是未来的发展趋势，各国政府都在加大对电动车的研发力度，力争在未来几十年内用纯电动车完全取代燃油车。在这种大环境下，国内外学者对电动汽车的“心脏”电池箱和就对实现电动汽车电池箱体的轻量化和提高电动汽车的续航里程做出了诸多研究。以目前Tesla电动汽车为例说明，特斯拉电动汽车实现了电池包和底盘的一体化设计，通过将电池Pack、车架集成于一体，车架成为了电池包箱体的一部分，车体强度本身也得到了增加，在增加整车安全性的同时，也降低了电池箱体本身的重量，这是实现电池箱体轻量化的一种有效方法。此外，M.Hartmann等人运用Hypermesh软件中的OptiStruct模块对电池包的箱体进行形貌优化设计，在提高了电池箱的固有频率的情况下同时减少了电池箱的厚度，使电池包箱体的重量减少20%,轻量化优化效果明显。MEHDI GIAKI等人利用Hypermesh软件进行前处理，随后利用LS-DYNA求解器对电池包的碰撞进行了仿真和求解，得出了瞬时碰撞的相关具体参数，为后续碰撞优化奠定了基础。国内吉林大学的曲兴田教授等人通过利用Hyperworks软件对电池包箱体进行有限元分析，并对箱体进行了结构优化设计，利用OptiStruct求解器得到了箱体形貌的最优解，并考虑了复合材料优化技术，通过对自由尺寸优化技术、单层铺层优化技术以及层组尺寸优化技术的综合运用，使电池包的箱体不论在静态情况下还是动态情况下的刚度都表现出色，减重比达到了66%，箱体减重效果显著。南京理工大学的王丽娟教授等人综合利用Hypermesh、Abaqus和MSC.Fatigue软件，在Hypermesh软件中进行相关前处理，随后导入Abaqus软件中从静力学和动力学两个维度对电池包的强度、刚度和动力特性进行分析，再导入MSC.Fatigue软件中进行疲劳强度分析，从结构的改进方面和材料的选择方面提出了相关结论，实现了电池包箱体的轻量化设计，减重比为23%左右。

1.3设计的研究方向

电池箱体和电池包的轻量化技术已经成为电动汽车研究领域的重点。目前的轻量化技术途径主要集中在结构优化、轻量化材料、先进工艺方面上。结构优化方法主要包括拓扑优化、尺寸优化、形貌优化、形状优化等；轻量化材料如高强度钢、镁铝合金、复合材料等；采用的先进工艺如激光焊接、液压成型、激光切割等。不同技术路线侧重点不同，轻量化效果也不同，在进行轻量化设计过程中不同技术路线经常协同使用，已求优化结果达到最佳。本次毕业设计对某款纯电动汽车的电池箱体进行了轻量化设计，采用铝合金材料进行结构优化，并采用先进冲压成型工艺，通过对比轻量化前后电池箱体刚强度的变化，提出一种动力电池箱体轻量化设计的可行性方案。