某純電動(dòng)汽車電池包安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賈安祥

摘 要：隨著汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，尾氣排放日益侵蝕人類的生存環(huán)境，氣候和能源成為人類社會(huì)發(fā)展需解決的長(zhǎng)期問(wèn)題。純電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用，是解決能源和氣候的一個(gè)有效的解決方方案。純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的安裝點(diǎn)的設(shè)計(jì)是純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本文提出了一種新型動(dòng)力電池包安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并對(duì)安裝點(diǎn)進(jìn)行仿真結(jié)構(gòu)驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；電池包；安裝點(diǎn)；設(shè)計(jì)

1 引言

隨著汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，尾氣排放日益侵蝕人類的生存環(huán)境，氣候和能源問(wèn)題是人類社會(huì)發(fā)展共同面對(duì)的長(zhǎng)期問(wèn)題[1]。為應(yīng)對(duì)全球氣候問(wèn)題，傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國(guó)除制定了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)外，中美德等汽車大國(guó)都在積極開發(fā)新型能源車輛，以期待排放更低，甚至是零排放；并且都根據(jù)各自國(guó)家的工業(yè)發(fā)展情況為促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展制定了相關(guān)的扶持性政策[2]。結(jié)合中國(guó)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展純電動(dòng)汽車對(duì)于節(jié)能減排具有重大意義。

目前國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車平臺(tái)開發(fā)的汽車較少，絕大部分純電動(dòng)汽車是在傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)上電動(dòng)化后開發(fā)的新能源汽車。因此探討適合傳動(dòng)汽車電動(dòng)化動(dòng)力電池安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法非常重要。本文提出了一種新型動(dòng)力電池包安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并對(duì)安裝點(diǎn)進(jìn)行仿真結(jié)構(gòu)驗(yàn)證分析。

2 純電動(dòng)汽車電池包安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 電池包安裝點(diǎn)簡(jiǎn)化模型構(gòu)建

傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)電動(dòng)化開發(fā)的新能源汽車，電池包安裝點(diǎn)模型和受力承力架構(gòu)如圖1所示。電池包安裝點(diǎn)采用安裝梁結(jié)構(gòu)，前后貫通且前端與前艙縱梁連接形成有效、連貫的封閉的梁結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)燃油車電動(dòng)化過(guò)程，電池包通常布置在乘員艙地板下部，其布置位置與側(cè)圍門檻關(guān)系如圖2所示，門檻梁內(nèi)板為1.4mm單層鋼板，結(jié)構(gòu)較弱且距離電池包安裝點(diǎn)約有90mm距離，若承擔(dān)400Kg電池包重量，在各種工況下的受力，勢(shì)必嚴(yán)重破壞。根據(jù)電池包簡(jiǎn)化模型構(gòu)建思路，設(shè)計(jì)電池包安裝梁結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.2 電池包安裝梁（點(diǎn)）結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)

純電動(dòng)車的動(dòng)力電池巧妙的布置在車身底板下部，電池包厚度高達(dá)168（前底板）/286mm（后座），電池包布置在現(xiàn)有車身下部，影響車輛通過(guò)性，總布置綜合評(píng)估，車身底板局部配合地方向Z正方向偏移50mm；車身安裝梁結(jié)構(gòu)能確保電池包系統(tǒng)的防護(hù)安全。根據(jù)電池包重量分布，合理的布置10個(gè)電池包安裝點(diǎn)，在電池包的安裝點(diǎn)根據(jù)圖2所示斷面設(shè)計(jì)，進(jìn)行安裝梁的工程設(shè)計(jì)如圖3所示。

電池包安裝點(diǎn)工程數(shù)據(jù)按照工藝焊接級(jí)次，左右兩側(cè)各由6個(gè)級(jí)次總成和8個(gè)單件零部件構(gòu)成。工程數(shù)據(jù)提交CAE分析驗(yàn)證安裝點(diǎn)強(qiáng)度，對(duì)垂直（Z3.5g）、剎車（X1g，Z-1g）、轉(zhuǎn)向（Y1g，Z-1g）、剎車+轉(zhuǎn)向（X0.7g，Y0.7g，Z-1g）四個(gè)工況進(jìn)行分析，如圖4所示。

各種工況條件進(jìn)行CAE仿真分析得到如下分析結(jié)果。

最大應(yīng)力大于材料屈服強(qiáng)度，安裝梁材料厚度由1.5mm變更為1.8mm，安裝板材料厚度增加2.0mm/2.5mm，同時(shí)優(yōu)化安裝點(diǎn)安裝板的接觸面積，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行CAE分析；

工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，仿真最大應(yīng)力降低明顯，并滿足要求，分析結(jié)果見表2。可考慮把最大應(yīng)力在250MPa以下的零部件（如零件清單序號(hào)3、5、6）材料可更換為B250P1，材料厚度不變。有效的滿足零部件性能，并能有效降低零部件材料成本。

3 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)燃油車電動(dòng)化過(guò)程，電池包安裝梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可行。并采用CAE分析電池包安裝點(diǎn)各工況下的強(qiáng)度，優(yōu)化安裝梁的工程數(shù)據(jù)，能夠有效的減輕零部件重量，材料選擇并滿足電池包安裝點(diǎn)的性能要求。本文的電池包安裝梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值得其他企業(yè)借鑒和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮超.基于HLCA的電動(dòng)汽車規(guī)?；l(fā)展對(duì)能耗及環(huán)境影響研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2017.

[2]生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué).低碳經(jīng)濟(jì)視角下我國(guó)新能源汽車的發(fā)展[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)，2015.