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I 電動(dòng)汽車(chē)電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 摘要： 目前而言， 寰球不能 再生 資源 逐 步干 枯，環(huán)境 凈化 問(wèn)題日趨嚴(yán)重，“更 平安 、更節(jié)能、更環(huán)?！背蔀楫?dāng)今世界汽車(chē)工業(yè) 展開(kāi) 的 重要 技術(shù) 目標(biāo) 。傳統(tǒng)的化石能源的燃燒對(duì)環(huán)境的污染較為嚴(yán)重，純電動(dòng)汽車(chē)具有高效能，噪聲低，零排放等一系列優(yōu)點(diǎn)，正好滿(mǎn)足了現(xiàn)在人們對(duì)能源的要求，更是解決化石燃料對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題，收到了全球各國(guó)的關(guān)注與重視。 所以，從保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、減少污染物排放量等諸多方面，以環(huán)保動(dòng)力源做為汽車(chē)動(dòng)力源替代化石能源是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然發(fā)展，在近些年來(lái)也成為全球共同關(guān)注的話(huà)題。因此，在我國(guó)發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)的意義重大，更是長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展戰(zhàn)略考慮。 關(guān)鍵詞 :能源，環(huán)保，電動(dòng)汽車(chē)。 he of t of is "s of of s on is a of to s on a of of to do to is of in a of in of is of a to 錄 摘要 ....................................................................Ⅰ ...............................................................Ⅱ 目錄 .....................................................................Ⅲ 1 緒論 ....................................................究背景 ..............................................................文研究?jī)?nèi)容 .........................................................動(dòng)汽車(chē)蓄電池箱國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ............................................ 電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)布置方案 .................................................言 ..................................................................動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能要求及技術(shù)路線(xiàn) ...................................... 電動(dòng)汽車(chē)性能要求 ................................................ 技術(shù)方案 ............................................................輛操縱穩(wěn)定性影響因素分析 ............................................ 改裝電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)因素的改變 .......................................... 結(jié)構(gòu)因素對(duì)操縱穩(wěn)定性影響分析初探 ...................................盤(pán)布置方案設(shè)計(jì) .................................................... 電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與初步分析 ..............................................動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能計(jì)算 .................................................力電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................力電池箱靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 ...............................................車(chē)參數(shù)變化 ........................................................ 總結(jié) ............................................... 24 文總結(jié) .........................................................考文獻(xiàn) ..........................................................謝 .................................................................... 1 緒 論 1． 1 研究背景 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，汽車(chē)保有量在持續(xù)增加。就目前而言，汽車(chē)的能源主要以化石燃料為主，燃油汽車(chē)的不斷增加，不僅消耗著大量的能源，更給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力，所以發(fā)展新能源勢(shì)在必行。 電動(dòng)汽車(chē)（ 作為干凈、高效率、智能化的汽車(chē)，可有效的應(yīng)對(duì)環(huán)境和能源問(wèn)題，是燃油汽車(chē)?yán)硐氲拇嫫?。目前?duì)純電動(dòng)汽車(chē)的研究主要在電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、能量管理系統(tǒng)等方面，大家較多的關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)動(dòng)力性、電池性能、底盤(pán)布置等，對(duì)于整車(chē)整體技術(shù)的開(kāi)發(fā)較少，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)整體表現(xiàn)不如人意，缺乏良好的操縱性能、舒適和平順?lè)矫姹憩F(xiàn)較差。 本次我們將以由燃油車(chē)改裝的電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，結(jié)合電動(dòng)車(chē)使用的環(huán)境，主要對(duì)以下幾方面進(jìn)行深入研究：整車(chē)底盤(pán)、電池箱的布置、操縱穩(wěn)定性、底盤(pán)剛度。 隨著電動(dòng)汽車(chē)的展開(kāi)，能源電池包作為純電動(dòng)汽車(chē)的中心部件，電池包的安全性逐步凸顯顯現(xiàn)，影響到整車(chē) 的安全性。因此就對(duì)電池箱體的強(qiáng)度 、剛度、散熱、防水、絕緣等設(shè)計(jì)要求更高，所以電池箱體的設(shè)計(jì)就需要既考慮安全性，又要考慮空間權(quán)限以及對(duì)整車(chē)性能的影響。 目前，我國(guó)乃至世界的電動(dòng)車(chē)之所以不能大規(guī)模的使用都是因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力差，其主要原因是電池容量小，電池容量大小與電池箱結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，所以針對(duì)此問(wèn)題，我們展開(kāi)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池箱的設(shè)計(jì)與分析，在保證安全系數(shù)的情況下，可以得到一個(gè)較為優(yōu)秀的電池箱。 本文研究?jī)?nèi)容 此次研究我們將選用通過(guò)燃油車(chē)改裝而成的電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，就對(duì)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池總成對(duì)整車(chē)的操縱穩(wěn)定性和其對(duì)底盤(pán)剛對(duì)的影響重點(diǎn)研究，在以上面方面上，我們對(duì)動(dòng)力電池箱總成布置進(jìn)行合理優(yōu)化，具體如下 [5]： ①合理布置電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)， 如圖 示 我們從多角度出發(fā)，就汽車(chē)底盤(pán)對(duì)整車(chē)整體參數(shù)與整車(chē)性能的影響，最終確定汽車(chē)底盤(pán)的布置方案，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)整車(chē)進(jìn)行調(diào)節(jié)，合理布置電池箱機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)整車(chē)性能，并計(jì)算出整車(chē)參數(shù)的變化。 2 ②動(dòng)力電池箱總成布置位置優(yōu)化，我們采用試驗(yàn)優(yōu)化的策略，對(duì)整車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)底盤(pán)確 定可布置電池箱的布置范圍，并就汽車(chē)穩(wěn)定性的前提下，優(yōu)化電池箱布置的位置 ，如圖 電動(dòng)汽車(chē)蓄電池箱的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 最近這些年以來(lái)，隨著科技革命的不斷進(jìn)步與發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)也取得了可肯定的卓著成就。汽車(chē)電池不僅是當(dāng)前環(huán)保電動(dòng)汽車(chē)的直接動(dòng)力來(lái)源，并且也對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)械功能也有著一定的影響。電池箱與整個(gè)車(chē)主體的安全級(jí)別也有著直接關(guān)系的，而作為電池載體的電池箱，對(duì)電池的防護(hù)和安全有著很大的重要作用，電池箱體的革命設(shè)計(jì)，要考慮多數(shù)的影響因素原因。特別是電動(dòng)汽車(chē)轎車(chē)，車(chē)體空間較小，所以要在更小的環(huán)境中 安裝可存較多電量的電池組，并且必須與整車(chē)相協(xié)調(diào)，因此，電池箱體的設(shè)計(jì)有很高的難度，也是很重要很關(guān)鍵的一步。 從現(xiàn)在的情況看，動(dòng)力電池被安裝在純電動(dòng)小型汽車(chē)上，是汽車(chē)新有的動(dòng)力來(lái)源，影響著電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的汽車(chē)整車(chē)性能。電池箱的設(shè)計(jì)很重要，它的安全性對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的安危有著很大的關(guān)系；要與純電動(dòng)小型汽車(chē)完美匹配。張曉紅與其他人對(duì)純電動(dòng)車(chē)的電池箱體進(jìn)行深深的研究，將碳纖維使用于純電動(dòng)電池箱體從而實(shí)現(xiàn)自身較輕的目的，而且采用了有限元仿真法對(duì)純電動(dòng)電池箱的功能進(jìn)行了剛度解析，仿真計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：使用了碳纖維的純電動(dòng)電池箱體的 機(jī)械性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的必要要求。楊書(shū)建解析了純電動(dòng)汽車(chē)在比較不平坦平面上進(jìn)行大急轉(zhuǎn)彎和緊急剎車(chē)時(shí)純電動(dòng)汽車(chē)電池箱的受力分析狀況，得到電池箱體的模態(tài)和定頻；在此情況下，使用 的優(yōu)化模塊對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)電池箱體的上蓋蓋和底板的加強(qiáng)筋樣子和分寸進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后純電動(dòng)汽車(chē)電池箱的動(dòng)靜態(tài)進(jìn)行分析從而確定純電動(dòng)汽車(chē)電池箱體的優(yōu)化模塊、吳宏等人對(duì)幾種特殊的純電動(dòng)汽車(chē)電池箱體通風(fēng)冷卻情況進(jìn)行了研討，分析結(jié)果說(shuō)明：正通風(fēng)并改裝風(fēng)檔板的純電動(dòng)車(chē)電池箱體冷卻結(jié)構(gòu)最為合理，電池組的工作環(huán)境溫度也在可控范圍內(nèi)，并且溫度分布平衡，能滿(mǎn)足工作實(shí)際中的使用需要。桑林等人設(shè)計(jì)了某個(gè)純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池箱體有限元仿真模型，研討了電池箱體在車(chē)輛結(jié)構(gòu)或路面不平的狀態(tài)下的力學(xué)情況、自由和約束模態(tài)以及激勵(lì)的頻率響應(yīng)情況，并實(shí)行了實(shí)驗(yàn)肯定。丁麗萍等人采用所開(kāi)發(fā)的電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力電池箱體的支架在不同工作情況下的強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算解析，并通過(guò)了電動(dòng)客車(chē)的實(shí)際工作情況驗(yàn)證了計(jì)算的肯定性，為相關(guān)純電動(dòng)汽車(chē)的電池箱的優(yōu)化提供了一定的想法。 3 圖 電動(dòng)汽車(chē)電池箱分布 圖 池箱體三維 4 圖 池箱體 5 2 電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)布置方案 言 動(dòng)力電池箱總成是指包括電池箱、電池組以及電池箱與底盤(pán)連接的安裝機(jī)構(gòu)，它是電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)動(dòng)力能源的提供者。一般動(dòng)力電池箱結(jié)構(gòu)質(zhì)量比較大，占整車(chē)比重較大，因此對(duì)動(dòng)力電池箱總成的布置需要綜合考慮。目前，考慮到開(kāi)發(fā)成本原因，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)一般是基于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)進(jìn)行電器化改裝而成。 所以再依據(jù) 據(jù)整車(chē)性能要求 肯 定各零件選 用之 后， 重新 對(duì) 此 車(chē)的底盤(pán)結(jié)構(gòu) 分析 布置。本章主要對(duì)整車(chē)的底盤(pán)布置方案進(jìn)行分析，根據(jù)整車(chē)性能要求對(duì)動(dòng)力電池箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)布置后整車(chē)參數(shù)變化進(jìn)行分析。 動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能要求及技術(shù)路線(xiàn) 動(dòng)汽車(chē)性能要求 本文的研究對(duì)象為由傳統(tǒng)燃油車(chē)進(jìn)行改裝而成的一種適合底盤(pán)換電的純電動(dòng)汽車(chē)，采用底盤(pán)換電的方式可以很好的解決電動(dòng)汽車(chē)因電池能量低而導(dǎo)致的續(xù)駛里程低的問(wèn)題，這是在電動(dòng)汽車(chē)電池問(wèn)題不能得到很好的解決之前一個(gè)很好的過(guò)渡方案。新開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)目標(biāo)主要是行駛在城市工況的道路中，用作公用車(chē)或者城市出租車(chē)輛，以減少傳統(tǒng)汽車(chē)對(duì)城市環(huán)境的污染 。 針對(duì)本款換電純電動(dòng)汽車(chē)的總體設(shè)計(jì)思路是，在保留原傳統(tǒng)燃油汽車(chē)行駛系的基礎(chǔ)上，選用車(chē)載且適合換電的動(dòng)力電池箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，盡可能少的對(duì)原車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，根據(jù)本換電電動(dòng)汽車(chē)的主要行駛工況，其性能要求如下表所示： 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能要求 術(shù)方案 本 小節(jié) 研究?jī)?nèi)容 是 動(dòng)力 純電動(dòng)汽車(chē) 電池箱 體 對(duì) 電動(dòng) 車(chē)操縱穩(wěn)定性、 電動(dòng) 車(chē) 的 底盤(pán)動(dòng)態(tài)剛度的影響 與 優(yōu)化主要 使用如 下方案： ①確定電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)布置方案，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)行駛性能設(shè)計(jì)電池箱結(jié)構(gòu)，根據(jù)底盤(pán)布置計(jì)算整車(chē)結(jié)構(gòu)性參數(shù)的變化。 最高車(chē)速（ km/h） 最大爬坡度（ °） 續(xù)使里程（ 0速時(shí)間（ s） 整車(chē)整備質(zhì)量（ 115 20 160 20 1800 6 ②建立整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)改裝前后操縱穩(wěn)定性進(jìn)行分析對(duì)比，并基于動(dòng)力電池箱總成布置位置進(jìn)行操縱穩(wěn)定性?xún)?yōu)化。 ③就動(dòng)力電池箱總成對(duì)整車(chē)底盤(pán)動(dòng)態(tài)剛度的影響，在動(dòng)力電池箱連接點(diǎn)數(shù)量與其整體位置的基礎(chǔ)上，對(duì)整體的影響上進(jìn)行了優(yōu)化。 輛操縱穩(wěn)定性影響因素分析 裝電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)因素的改變 對(duì)于由傳統(tǒng)汽車(chē)改裝成電動(dòng)汽車(chē)，一般是為了充分的利用于原來(lái)汽車(chē)的車(chē)身、底盤(pán)結(jié)構(gòu)，盡量少做改動(dòng)，以減少電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)成本，只是對(duì)整車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如拆除原發(fā)動(dòng)機(jī)總成及相應(yīng)的附件、油箱等而代替的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成及附件、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池箱等相應(yīng)的電力控制件。但是一般情況下新加件總質(zhì)量要超過(guò)原車(chē)質(zhì)量很多，特別是動(dòng)力電池箱的質(zhì)量能到達(dá)整車(chē)質(zhì)量的 20%這就導(dǎo)致重新布置時(shí)會(huì)對(duì)整車(chē)的質(zhì)量分布發(fā)生改變，從而影響到整車(chē)的性能。 ①整車(chē)總質(zhì)量的改變，由于改裝過(guò)程中要拆掉一些零件，又要增加一些零件，將會(huì)導(dǎo)致整車(chē) 總質(zhì)量發(fā)生改變。 ?? ??? q jp io r ig n a lr e tr o f 21 1 （ 2 式中 ii 1、_____分別為要拆除、增加部件質(zhì)量（ ②整車(chē)質(zhì)心位置的改變，包括縱向位置的改變，及豎直方向的改變，整車(chē)質(zhì)心位置計(jì)算方法見(jiàn)式： ?x m )( （ 2-2）n 1 )(（ 2中 x—— 質(zhì)心至前軸距離（ ; z—— 質(zhì)心至地面距離（ m—— 整車(chē)質(zhì)量（ 7 各總成質(zhì)量（ n—— 整車(chē)中總成的個(gè)數(shù)； 總成質(zhì)心到前軸的距離（ 總成質(zhì)心到地平面的距離（ ③整車(chē)?yán)@質(zhì)心坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的改變，由于整車(chē)質(zhì)量分布發(fā)生了變化，進(jìn)而決定了整車(chē)?yán)@質(zhì)心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生了改變。 ?? N 2 )( （ 2 構(gòu)因素對(duì)操縱穩(wěn)定性影響分析初探 汽車(chē)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向響應(yīng)是評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)最為基本但也最重要的指標(biāo)，因此整車(chē)底盤(pán)布置要符合整車(chē)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。 由二自由度車(chē)輛模型推導(dǎo)出的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)得到整車(chē)的動(dòng)力學(xué)方程為： 1)()()(1)(???????????????????（ 2中 21 —— 前后輪胎的側(cè)偏剛度（ N/ ??、 —— 分別為橫擺角速度、橫擺角加速度； a、 b—— 分別為質(zhì)心到前、后軸的距離（ U、 — 分別為前進(jìn)速度、側(cè)向加速度； M—— 整車(chē)總質(zhì)量（ — 整車(chē)?yán)@質(zhì)心 z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2m ） ? —— 質(zhì)心側(cè)偏角，； ? —— 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角（ 橫擺角速度增益為： 8 221221/)(1/???）（ ??（ 2中， )(122 ? （ 2 K 是穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，稱(chēng)作穩(wěn)定性因數(shù)，它的值具有如上式所示規(guī)律。 K>0，不足轉(zhuǎn)向，車(chē)速 u↑，轉(zhuǎn)向半徑 R↑； K=0，中性轉(zhuǎn)向，車(chē)速 u↑，轉(zhuǎn)向半徑 R 不變； k<0，過(guò)度轉(zhuǎn)向 , 車(chē)速 u↑，轉(zhuǎn)向半徑 R↓。 汽車(chē)應(yīng)該避免具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特征，由上式可知，當(dāng)為過(guò)度轉(zhuǎn)向時(shí)， k<0，隨著汽車(chē)速度的增大，轉(zhuǎn)向半徑將會(huì)減小，將導(dǎo)致橫擺角速度的增益增大，這意味著一個(gè)較小的轉(zhuǎn)角定會(huì)引起一個(gè)較大的橫擺角速度，隨著車(chē)速的不斷增大，這將引起汽車(chē)激轉(zhuǎn)側(cè)滑或者側(cè)翻，是十分危險(xiǎn)的，因此一般情況下，具有適度的不足轉(zhuǎn)向性質(zhì)是一個(gè)車(chē)輛穩(wěn)態(tài)性能較好的標(biāo)志。由上述式子分析可知： ①整車(chē)的縱向質(zhì)心位置將會(huì)影響 a、 b 的值，進(jìn)而影響 k 值，在電動(dòng)汽車(chē)改裝過(guò)程中要特別注意質(zhì)心位置的縱向調(diào)節(jié)，如果設(shè)計(jì)不妥當(dāng)可能會(huì)使汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向變成過(guò)多轉(zhuǎn)向，應(yīng)值得注意。 ②由于整車(chē)質(zhì)量增大、質(zhì)心位置改變，最終將會(huì)導(dǎo)致整車(chē)前后軸荷的變化，而根 據(jù)輪胎側(cè)偏特性，輪胎的側(cè)偏剛度是與輪胎上的垂直載荷有關(guān)的，不是一成不變的，因此a、 b、 m 的變化會(huì)導(dǎo)致 21 的變化。 ③由上分析可知，二自由度沒(méi)有考慮懸架的影響，其實(shí)懸架對(duì)整車(chē)影響很大，包括側(cè)傾轉(zhuǎn)向、變形轉(zhuǎn)向，進(jìn)而影響到整個(gè)輪胎的側(cè)偏角；由于整車(chē)質(zhì)心豎直方向上的改變，在高速轉(zhuǎn)向時(shí)，由于懸架的作用，整車(chē)將會(huì)產(chǎn)生側(cè)傾，使得側(cè)傾力矩發(fā)生變化，進(jìn)而影響到側(cè)傾角；當(dāng)汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車(chē)由于懸架的影響，整車(chē)的質(zhì)心隨質(zhì)量的轉(zhuǎn)移也發(fā)生著變化，使得在垂直載荷上和左右輪上載荷上都重新分配，從而 影響到了輪胎的側(cè)偏特性。 9 盤(pán)布置方案設(shè)計(jì) 由上節(jié)分析內(nèi)容可知，電動(dòng)汽車(chē)改裝之后整車(chē)結(jié)構(gòu)性參數(shù)會(huì)發(fā)生變化， 如圖 些變化影響整車(chē)的操縱穩(wěn)定性，因此對(duì)于整車(chē)新增加件的布置使得整車(chē)載荷分布合理。同時(shí)在改裝時(shí)還要參考一些原則，對(duì)原車(chē)結(jié)構(gòu)要盡可能少做改變，確保動(dòng)力電池箱的安全性，而且動(dòng)力電池箱要方便拆卸及維修。結(jié)合原車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮，該款電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)布置采用如下所示的方案，繼續(xù)采用前置前驅(qū)的驅(qū)動(dòng)形式，把驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、差速器等驅(qū)動(dòng)部分繼續(xù)布置在前艙下部；充分利用排除發(fā)動(dòng)機(jī)的空間，在前艙上部布置驅(qū)動(dòng)控制器、整車(chē)控制器、高壓盒等整車(chē)電器件 [7]。對(duì)于動(dòng)力電池箱總成的布置，結(jié)合整車(chē)載荷分布及換電的方便性布置在底盤(pán)下方，動(dòng)力 電池包通過(guò)連接機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)于整車(chē)的縱軸布置，通過(guò)四個(gè)左右對(duì)稱(chēng)連接機(jī)構(gòu)與車(chē)架縱梁連接，以使得動(dòng)力電池箱與車(chē)身固連在汽車(chē)底盤(pán)正下方，并對(duì)車(chē)架的連接電池位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)要充分利用車(chē)架縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡量使動(dòng)力電池箱布置在兩邊縱梁的跨度內(nèi) [8]。這種布置形式合理的分配了動(dòng)力電池箱總成的整體質(zhì)量，使整車(chē)質(zhì)心位置在左右方向不變，以提高汽車(chē)的穩(wěn)定性；這種布置使電池包布置在底盤(pán)下方遠(yuǎn)離乘客區(qū)，而底盤(pán)下是一個(gè)低概率碰撞區(qū)域，這大大提高了乘員的安全性，同時(shí)這種底盤(pán)布置，大大方便了換電，利于實(shí)現(xiàn)換電自動(dòng)化 ，如圖 a 整體視圖 b 電池示意圖 圖 盤(pán)布置方案示意 10 圖 盤(pán)布置三維 圖 車(chē)部件 11 圖 型電動(dòng)車(chē)示意 圖 型電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)結(jié)構(gòu)圖 12 章小結(jié) 本章主要對(duì)整車(chē)的底盤(pán)布置方案進(jìn)行分析，根據(jù)整車(chē)性能要求對(duì)動(dòng)力電池箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)布置后整車(chē)參數(shù)變化進(jìn)行分析。 本章研究的主要是純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)安裝電池箱的整車(chē)性能及技術(shù)路線(xiàn)，技術(shù)方案的研究與提升，在不斷分析優(yōu)化的情況下，采用了文中三大方案。分析了車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的影響因素，改變了電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)及達(dá)到優(yōu)化操縱穩(wěn)定性，通過(guò)以上分析總結(jié)，初步建立底盤(pán)設(shè)計(jì)方案。 13 3 電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與初步分析 動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能計(jì)算 ①我們依據(jù)電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)理論，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的性能要求，對(duì)整車(chē)的最大功率進(jìn)行了計(jì)算，并由此計(jì)算出了電動(dòng)汽車(chē)的最大驅(qū)動(dòng)功率。汽車(chē)在行駛中所受的阻力如下： m ? ???????? 221s i nc （ 3中 行駛滾動(dòng)阻力， 行駛空氣阻力， 221 ?； 行駛坡度阻力， 行駛加速阻力，?； 根據(jù)分布分析結(jié)果，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)參數(shù)，得到汽車(chē)在道路上行駛時(shí)的所需牽引力。 從而得到不同車(chē)速下汽車(chē)所需要的最低電動(dòng)機(jī)功率為： m 221s i nc o s( ?? ???? （ 3算最大功率考慮兩個(gè)方面：一個(gè)是最大爬坡度，另一個(gè)是最高車(chē)速，分別計(jì)算選功率要求最大值。 思考分析到此車(chē)性能與安全的情況下，故決定把此車(chē)最大的工作功率定為 ： 0 。 ②整車(chē)電池容量的計(jì)算，電動(dòng)汽車(chē)能耗估計(jì)。 m ?????? ?? 221 （ 3動(dòng)汽車(chē)總電能： ??, 14 式中 ? —— 實(shí)際車(chē)輛能耗修正系數(shù)，一般為 M—— 車(chē)輛總質(zhì)量， S—— 行駛里程， ? —— 單位質(zhì)量能耗系數(shù)。 總能量為 池箱電池塊數(shù)設(shè)計(jì)： 021,（ 3中 N—— 總的電池單體數(shù)； 1n —— 電池單元數(shù)； 2n —— 每個(gè)單元電池塊數(shù)； q—— 每個(gè)電池單體的的電能容量（ 0u—— 單體電壓（ v）。 最終確定的電池組的總重量約為 300 力電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 動(dòng)力電池組需要裝在電池箱中以進(jìn)行固定及防護(hù)，本文重在分析動(dòng)力電池箱對(duì)整車(chē)性能的影響，因此需要對(duì)電池箱的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。 ①電池箱結(jié)構(gòu)要求，電池箱既要滿(mǎn)足電池組容量的體積要求，又要滿(mǎn)足底盤(pán)空間允許要求，縱向應(yīng)避免與前防傾桿及后扭轉(zhuǎn)梁懸架縱臂的干涉，寬度方向最好不要超過(guò)車(chē)架縱梁的寬度，以提高碰撞時(shí)電池的安全性，高度方向要保證電池箱的離地間隙，電池箱厚度不能太大；最基本的電池箱必須保證強(qiáng)度剛度要求；除此之外，電池箱內(nèi)部要設(shè)有散熱的結(jié)構(gòu)，且整體能夠保證鋰電池組防水防塵性及拆裝方便性 [9]。 ②電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本電池箱采用箱型邊框結(jié)構(gòu)，主要包括下箱體、支撐橫梁、上箱體、側(cè)位邊框等。 下箱體的設(shè)計(jì)：整個(gè)電池組的支撐固定件，需要有較大的強(qiáng) 度和剛度，因此在下箱體底部通過(guò)布置帽形橫梁，來(lái)提高其強(qiáng)度和剛度，同時(shí)在每一根橫梁上都開(kāi)有散熱孔，以提高箱體內(nèi)部的空氣流通，使整箱溫度均衡，達(dá)到散熱目的，如下圖 示： 15 圖 箱體及支撐 側(cè)圍邊框設(shè)計(jì)：側(cè)圍邊框由縱向邊框和前后邊框圍成，兩者之間通過(guò)三面角板由螺栓固定連接，整個(gè)側(cè)圍邊框與下箱體采用四面搭邊焊接而成，如下圖 示： 圖 圍邊框 其中縱向邊框是整個(gè)電池箱的支撐構(gòu)件，要承受質(zhì)量較大電池組在極限工況下沖擊，因此其鋼板厚度要比其他部分加大，并在縱向邊框內(nèi)設(shè)有肋板以作結(jié)構(gòu)支撐。對(duì)于電池箱與整車(chē)的連接機(jī)構(gòu)這里用螺栓連接，根據(jù)電池箱的總重、大小和底盤(pán)的結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)安裝位置在縱向邊框的兩端，左右對(duì)稱(chēng)布置，并對(duì)縱向邊框與車(chē)體連接的部位，采用雙肋板結(jié)構(gòu)以做局部加強(qiáng)，如下圖 示： 16 圖 向邊框詳 上箱體的設(shè)計(jì)：上箱體不作為支撐部件，只起到防護(hù)及密封的作用，因此其應(yīng)該能夠完全包裹住電池組，同時(shí)要留有電源線(xiàn)接口，并在電源接口處設(shè)有支撐架，周 邊翻邊與側(cè)圍邊框采用電焊連接，如下 圖 示： 圖 箱體 圖 源接口支撐架 對(duì)于電池箱上下箱體之間與側(cè)圍邊框直接的縫隙全部用密封膠填充，實(shí)現(xiàn)整體密封。電池箱整體結(jié)構(gòu)如下圖所示，總體尺寸為 8612243零件厚度如下 表所示： 圖 圖 動(dòng)力電池箱總體三維圖 17 電池箱各零件厚度 整個(gè)側(cè)圍框 上下殼體，橫梁 電源接口支撐架 厚度 2 1 2 圖 18 19 圖 電動(dòng)汽車(chē)要行駛在不同的工況路面，因此必須對(duì)電池箱的承受靜態(tài)載荷能力進(jìn)行評(píng)估，電動(dòng)汽車(chē)的行駛工況非常多，這里僅選用幾個(gè)典型的極限工況來(lái)對(duì)電池箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，參考汽車(chē)車(chē)身靜態(tài)強(qiáng)度分析方法，即考慮行駛在顛簸路面、轉(zhuǎn)向時(shí)、制動(dòng)時(shí)，電池組對(duì)電池箱的沖擊載荷的影響，分別取沖擊加速度為 2g、 1g。這里選擇疊加工況顛簸急轉(zhuǎn)向、顛簸急制動(dòng)極限工況分別進(jìn)行分析。 ①電池箱 體的 有限元模型建 設(shè) ，在軟件 電池箱 體 的模 具 ： 要 先對(duì)分析 計(jì)算 影響不大的電池箱 體 一些零件 模型結(jié)構(gòu) 進(jìn)行簡(jiǎn)化， 再 導(dǎo)入 抽取 截面 ， 區(qū)分 高質(zhì)量 互聯(lián)網(wǎng) 。處理哥構(gòu)件的連接：電焊采用 于螺栓連接剛度較大且不易變形，常用 池箱有限元模型如下圖。用 側(cè)向力及縱向力以均布力的形式加在下箱體側(cè)圍對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，如下圖 所示。 20 圖 右急轉(zhuǎn)載荷 左急轉(zhuǎn)載荷 圖 ②典型工況下的靜態(tài)分析，約束處理為約束電池箱與車(chē)體連接的螺栓周?chē)墓?jié)點(diǎn)所有自由度，提交 到兩種極限工況下的應(yīng)力云圖 圖 21 圖 由應(yīng)力云圖 1可知，對(duì)于顛簸急轉(zhuǎn)向工況，應(yīng)力最大位置出現(xiàn)在連接機(jī)構(gòu)約束位置處，最大應(yīng)力為 應(yīng)力云圖 2可知，最大應(yīng)力出現(xiàn)在下箱體的前圍與下箱體底部的連接處，最大為 者都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沖擊鋼板材料的 170以 ， 這個(gè) 電池箱的 模塊可以抗住 汽車(chē)的極限工 作情 況。 為了探討電動(dòng)汽車(chē)基于原車(chē)結(jié)構(gòu)因素改裝而成的整車(chē)操縱穩(wěn)定性能的變化，這里研究整車(chē)參數(shù)變化。 ①原型車(chē)整車(chē)參數(shù)，該款原型車(chē)為一商務(wù)型車(chē)，主要用于城市內(nèi)較好的路況的乘用車(chē)。行駛驅(qū)動(dòng)形式為前置前驅(qū)，前 后懸架均采用獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架采用縱臂扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架，轉(zhuǎn)向系為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向，前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器，為了提高整車(chē)的舒適性，前懸架處有副車(chē)架、防傾桿，其結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如下表 [12]： 原傳統(tǒng)車(chē)參數(shù) 參數(shù) 指標(biāo) 外形尺寸長(zhǎng) *寬 *高（ 4420*1695*1825 軸距 （ 2695 前 /后軸輪距（ 1470/1475 最大總質(zhì)量（ 2040 整車(chē)質(zhì)量（ 1480 最高車(chē)速（ km/h） 145 最大功率（ 75 最大扭矩（ 135 22 根據(jù)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)信息，各總成質(zhì)心位置、質(zhì)量參數(shù)、慣量參數(shù)，在 為后面要對(duì)改裝整車(chē)的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行分析，需要汽車(chē)底盤(pán)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，底盤(pán)包括車(chē)架、前副車(chē)架、前后懸架、轉(zhuǎn)向系、驅(qū)動(dòng)前軸、四輪等重要結(jié)構(gòu)，因此在整車(chē)建模時(shí)按實(shí)際整車(chē)的質(zhì)量信息賦予模型，而像整車(chē)車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)總成、變速器總成、前艙附件、油箱等在動(dòng)力學(xué)建模時(shí)都可以當(dāng)成剛體處理，這里只建立了大體的結(jié)構(gòu)形式，賦予質(zhì)量慣量信息，沒(méi)有考慮具體形式，其整車(chē)模型如圖 圖 ②電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)參數(shù)，根 據(jù)布置方案，計(jì)算整車(chē)質(zhì)量變化，進(jìn)行整車(chē)模型的調(diào)整，在 行整車(chē)裝配得到新的底盤(pán)如下 圖 圖 ③改裝前后整車(chē)參數(shù)對(duì)比，通過(guò)計(jì)算調(diào)整模型來(lái)計(jì)算改裝的電動(dòng)汽車(chē)相對(duì)于原傳統(tǒng)車(chē)整車(chē)參數(shù)對(duì)比如下表所示。由表對(duì)比可知，改裝后，整車(chē)質(zhì)量增加 300車(chē)質(zhì)心23 位置后移，且整車(chē)質(zhì)心高度下降。 依據(jù) 前面的 計(jì)算 可 得標(biāo)的 車(chē)質(zhì)量、 標(biāo)的 車(chē)質(zhì)心縱向位置、 標(biāo)的 車(chē)高度等都是影響整車(chē)性能的因素 。 改裝前后的整車(chē)參數(shù)變化 名稱(chēng) 車(chē)裝備質(zhì)量 1480 1782 整車(chē)最大質(zhì)量 2040 2202 空載整車(chē)質(zhì)心位置 （ 1212， 0， 405） （ 1319， 0， 滿(mǎn)載整車(chē)質(zhì)心位置 （ 1400， 0， （ 1428， 0， 290） 空載前后軸荷比 58/42 51/49 滿(mǎn)載前后軸荷比 48/52 45/55 在整車(chē)還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)出來(lái)時(shí)，通過(guò) 以提前對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度、整車(chē)性能進(jìn)行分析，找出薄弱位置，優(yōu)化整車(chē)性能。本文主要借助多體動(dòng)力學(xué)專(zhuān)業(yè)軟件 車(chē)性能變化，以及基于有限元軟件進(jìn)行底盤(pán)動(dòng)態(tài)剛度的分析及優(yōu)化。 我們依據(jù)電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)理論，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的性能要求，分析參數(shù)得到電動(dòng)汽車(chē)電池箱設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 電池箱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足電池組容量的體積要求，又要滿(mǎn)足底盤(pán)空間允許要求，汽車(chē)碰撞安全性等要求，利用三維繪圖軟件設(shè)計(jì)繪畫(huà)下箱體 、 支撐橫梁 、 上箱體 、側(cè)位邊框等三維圖紙然后給予動(dòng)力電池箱靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析（應(yīng)力分析）使電池箱達(dá)到安全性標(biāo)準(zhǔn)，確定材料的使用及框架的合理性等。 24 4總結(jié) 與展望 展望 全文我們介紹本文的研究路線(xiàn)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)改裝后的整車(chē)參數(shù)改變進(jìn)行了分析，并基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)理論的二自由度模型。闡述了改變參數(shù)對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響，基于此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的底盤(pán)布置方案進(jìn)行了分析?；谛阅芤蠛碗姵叵湓O(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了動(dòng)力電池箱的結(jié)構(gòu)，并對(duì)電池箱外結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顛簸急轉(zhuǎn)和顛簸急剎車(chē)典型極限工況的靜態(tài)性能計(jì)算，驗(yàn)證了多設(shè)計(jì)的電池箱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，通過(guò)建立整車(chē)數(shù)模，獲得了整車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變。 在當(dāng)今社會(huì)，汽車(chē)已經(jīng)和每個(gè)人的生活息息相關(guān)，也是國(guó)內(nèi)外科技實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。未來(lái)新能源汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)將向下 一個(gè) 發(fā)展方向發(fā)展 ，現(xiàn)如今數(shù)電力能源最為環(huán)保，所以，電池箱的設(shè)計(jì)挺重要的，未來(lái)時(shí)間，電池箱設(shè)計(jì)會(huì)有比較大的發(fā)展空間。 25 參 考 文 獻(xiàn) [1] 劉劍，谷中麗，戴旭文 蓄電池的發(fā)展與應(yīng)用 2002年第 2期 2] 康龍暈 . 新能源汽車(chē)與電力電子技術(shù) [M]械工業(yè)出版社， 3] 劉忠其 . 電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì) [D]. 北京交通大學(xué)碩士淪 文 ， 2010. 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[16] 黃文華，韓曉東，陳全世等 計(jì)算法與電池管理系統(tǒng)的研究 [J]程 ,6 致 謝 在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，韓文艷老師對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)使我受益匪淺，也使我在其中學(xué)到很多知識(shí)和道理，最終使我得以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，真正體會(huì)到了鉆研的樂(lè)趣，也學(xué)到了做人的道理，做人也應(yīng)該腳踏實(shí)地一步一步的來(lái)，不可心浮氣躁急功近利，畢業(yè)前夕的畢業(yè)設(shè)計(jì)，更讓我融合了大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)，也讓我度過(guò)了在大學(xué)期間最充實(shí)的一段時(shí)間。 在此，更要感謝本次指導(dǎo)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師和大學(xué)傳授我知識(shí)的老師，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意。