摘 要

在电动汽车快速发展的这些年，汽车轻量化已经成为当下的一个新趋势。在进行电池箱的轻量化设计时，考虑了很多极端情况下的工况去校核电池箱的可靠性。碳纤维由于其重量轻，强度高等一些优异的特点，对汽车轻量化的具有重要意义。

本文的主要研究内容是：首先，对碳纤维材料的力学性能进行详细探究，确定碳纤维复合材料电池箱的结构形式和连接形式，通过国家标准以及市场上主要电动汽车电池箱结构进行分析，探索更合适的电池箱结构，进行电池箱的设计并利用Solidworks建模软件完成三维图及工程图的设计，然后利用ANSYS等有限元软件分析其相关性能如刚度、强度、散热、模态。

研究表明：碳纤维在汽车电池箱轻量化方面可以提供一些优异的方案，不仅在重量上降低很大，在强度刚度等一些机械要求上达到优秀水平。

本文特色：采用有限元分析结构，具有很强的使用价值。

关键词：电池箱；碳纤维；有限元分析

Abstract

In the years of rapid development of electric vehicles, lightweighting of automobiles has become a new trend nowadays. In the light-weight design of the battery box, the reliability of the battery box is checked by considering the working conditions in many extreme cases. Due to its light weight and high strength, carbon fiber is of great significance to the lightweight of automobiles.

The main research content of this article is: First, in-depth study of the mechanical properties of carbon fiber materials, determine the structure and connection form of carbon fiber composite material battery box, through national standards and analysis of the main electric vehicle battery box structure on the market, explore more suitable The structure of the battery box, the design of the battery box and the use of Solidworks modeling software to complete the design of three-dimensional drawings and engineering drawings, and then use ANSYS and other finite element software to analyze its related properties such as stiffness, strength, heat dissipation, modal analysis.

Studies have shown that carbon fiber can provide some excellent solutions in the lightweight of automobile battery boxes, not only in terms of weight reduction, but also in mechanical strength requirements such as strength and stiffness.

This article features: the use of finite element analysis to optimize the structure, has a strong use value.

Key Words：Battery box; carbon fiber; finite element analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 论文背景及意义 1

1.2 汽车上碳纤维运用现状 2

1.3 碳纤维电池箱设计的目的 2

第二章 碳纤维复合材料电池箱的力学性能 4

2.1 碳纤维复合材料的力学基础 4

2.1.1 准静态拉伸与压缩 4

2.1.2 准静态剪切 4

2.2 电池箱结构设计的总体要求 5

2.2.1 电池箱碰撞保护 5

2.2.2 绝缘性与防水性能 5

2.2.3 电池箱散热要求 6

2.2.4 电池箱的安装位置 7

2.3 电池箱设计 7

2.3.1 电池箱上箱体设计 7

2.3.2 电池包下箱体设计 8

2.4 电池模组结构设计 9

2.5本章总结 12

第三章 有限元建模 13

3.1有限元基本理论 13

3.2有限元模型建立 14

3.3本章总结 15

第四章 电池包结构静动态性能分析 16

4.1电池箱的静应力分析 16

4.1.1静态工况的选择 17

4.1.2电池静态分析 17

4.1.3电池箱静态性能评价 19

4.2模态分析 20

4.2.1模态分析基本理论 20

4.2.2电池箱的模态分析 21

4.2.3电池箱模态性能分析 22

4.3散热分析 23

4.3.1锂离子电池的传热特性 23

4.3.2电池箱网格的划分 24

4.3.3Fluent模块简介 25

4.3.3散热仿真 26

4.4本章总结 27

结论与展望 28

参考文献 29

附录A 30

致谢 34

第一章 绪论

1.1 论文背景及意义

汽车作为现代工业优秀的产品，在带来便利的同时，对社会的环境污染问题特别是空气与水资源的污染的影响也越来越大。这些问题不得不使我们放下经济发展来处理这些污染问题。汽车尾气含有大量的固体颗粒物，这是当下我国急需解决的问题。为了能源的节约以及对环境的保护，电动汽车慢慢走进人民的视野。对电动汽车的研究目前日趋成熟，当下汽车行业主要的目标是加大对电动汽车的轻量化研究。

汽车轻量化对于电池的发展同样起着难以抹去的作用。随着电动汽车高速发展的这些年，汽车轻量化已经成为当下的一个新的趋势，其中作为重要零件的电池箱的轻量化也是很多学者的研究方向。

随着对地球资源的不断勘探，人们慢慢发现当前制约人们发展的不仅仅是能源问题，现在对人类威胁最大是环境污染问题。在上个世纪的工业革命期间的伦敦虽然是世界上发达的工业城市，但是由于不关注污染问题最后导致四千多人的死亡。我国前段时期也有同样的问题，在北京周围的没有着重汽车和工业污染问题导致北京有一段时间天空都不是蓝的。我国虽然现在是发展中国家，但现在政府也是越来越重视环境污染问题。对环境的重视首先要解决的就是交通工具的污染问题。我国是汽车消费大国，每年进口和自己生产的车辆都是排在世界前列。如何解决汽车的环境污染问题就是当下最为迫切的问题。在这个环境下，我国陆续下发了一些关于汽车排放的强制性指标，虽然效果不错，但是不能起到根本性作用。但伴随着新能源汽车的不断发展，一个更好的解决方案出现了，那就是不断发展新能源汽车。