基于有限元法的纯电动汽车电池箱结构分析及热特性研究

【摘要】：新能源汽车不燃烧汽油和柴油,因此与传统燃油汽车相比对环境的污染较少。在经历了一段时期的探索后,新能源汽车的主流技术已逐步明确,汽车动力电气化(电动汽车)已经成为其发展的趋向。电动汽车依靠动力蓄电池箱提供能源。电池箱设计要满足多种行驶工况下的机械性能要求。同时与传统燃油汽车相比,单位重量存储的能量少,使得电动汽车自身的装备质量很大,因此影响了最高车速的提高和整车的加速性能。本文对某汽车有限公司正在研发的一款纯电动汽车所装载的电池箱进行结构分析及热特性研究。首先在Pro/E中建立电池箱模型,之后通过使用有限元分析理论和有限元分析软件ANSYS Workbench14.5对电池箱下箱体的静力学性能和整体结构的动力学性能进行分析与研究,并根据电池箱下箱体的静力分析结果对其进行结构优化改进设计,最后对单体电池、单个电池组及电池箱下箱体的温度场进行仿真分析,并根据电池箱下箱体的温度场分析结果对其进行热-结构耦合有限元分析。主要工作如下：(1)建立单体电池、单个电池组及电池箱的三维实体模型,并完成单个电池组及电池箱模型的装配。(2)将Pro/E建立的电池箱下箱体的三维模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,对其进行静力分析,得到电池箱下箱体的等效应力云图,其分析结果为电池箱下箱体进一步优化设计提供了理论依据。将其中某一节点的强度分析结果与运用第四强度理论计算结果进行对比分析。(3)从动力学角度阐述了模态分析原理,利用AANSYS Workbench软件简化了电池箱整体结构模型,运用Block Lanczos法提取了电池箱整体结构前十阶约束模态。(4)根据电池箱下箱体静力学分析结果,对电池箱下箱体不满足强度要求的部位进行改进,并且对其进行尺寸优化设计,对优化改进后的结构进行动静力学分析验证。(5)利用ANSYS Workbench分析软件,首先对单体电池放电过程中电池表面的温度场进行仿真运算,在一定的环境温度下,分析不同放电倍率对电池表面温升的影响,然后仿真分析单个电池组在放电过程中的电池表面温度场,最后对电池放电过程中电池箱下箱体的温度场进行仿真运算。(6)对单个电池组进行放电过程中电池表面的温升测试,与仿真结果进行分析对比。(7)对优化改进后的下箱体结构进行热-结构耦合分析,验证结构是否满足强度要求。 【关键词】：电池箱 workbench 动静力学分析 结构优化改进 温度场分析 热-结构耦合分析
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 前言11
• 1.2 电动汽车电池箱国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 课题研究目的及意义14-15
• 1.4 本文研究的主要内容及技术路线15-18
• 1.4.1 主要内容15-16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 有限元理论与软件介绍19-25
• 2.1 有限元法基本概述19
• 2.2 有限元法的基本原理19-20
• 2.3 有限元法的分析步骤20-22
• 2.4 ANYS Workbench Environment(AWE)介绍22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 电池箱下箱体静力分析25-33
• 3.1 静力学的基本概念25
• 3.2 静力分析模型的建立25-27
• 3.2.1 有限元建模的基本原则25-26
• 3.2.2 几何模型的建立与导入26
• 3.2.3 材料参数设置26
• 3.2.4 单元类型的选择26-27
• 3.2.5 有限元网格划分27
• 3.3 电池箱有限元模型27
• 3.4 边界约束条件及加载说明27-29
• 3.5 静力分析结果及强度校核29-31
• 3.5.1 颠簸路面急刹车工况计算结果29
• 3.5.2 颠簸路面急转弯工况计算结果29-30
• 3.5.3 强度校核30-31
• 3.6 本章小结31-33
• 第四章 电池箱整体结构模态分析33-41
• 4.1 模态分析理论33-34
• 4.2 模态提取方法34
• 4.3 模态分析步骤34-35
• 4.4 电池箱整体结构模态分析35-40
• 4.4.1 材料参数设置35
• 4.4.2 约束设置与求解35-40
• 4.4.3 结果分析40
• 4.5 本章小结40-41
• 第五章 电池箱下箱体结构改进与优化设计41-51
• 5.1 优化设计的理论基础41-43
• 5.1.1 优化设计概述41
• 5.1.2 优化设计的数学模型41-42
• 5.1.3 结构优化设计的分类42-43
• 5.2 电池箱下箱体结构改进设计43-44
• 5.3 电池箱下箱体尺寸参数优化设计44-49
• 5.3.1 优化设计流程44-45
• 5.3.2 设计变量与目标函数45-48
• 5.3.3 实验设计48
• 5.3.4 优化结果48-49
• 5.4 本章小结49-51
• 第六章 电池组及电池箱下箱体温度场有限元分析51-62
• 6.1 热力学中一些基本概念51
• 6.2 锂离子电池组及电池箱下箱体温度场仿真分析的目的51
• 6.3 锂离子电池的生热机理51-53
• 6.4 锂离子电池组热量的传递53
• 6.5 单体电池模型建立与仿真分析53-58
• 6.5.1 单体电池有限元模型的建立53-55
• 6.5.2 单体电池温度场有限元分析结果55-58
• 6.6 电池组温度场的有限元分析58-59
• 6.6.1 电池组有限元模型的建立58-59
• 6.6.2 电池组温度场有限元分析结果59
• 6.7 电池箱下箱体温度场的有限元分析59-61
• 6.7.1 电池箱下箱体有限元模型的建立59-60
• 6.7.2 电池箱下箱体温度场有限元分析结果60-61
• 6.8 本章小结61-62
• 第七章 电池组温度场实验研究62-68
• 7.1 锂离子电池的温升实验62-65
• 7.1.1 锂离子电池的温度特性62
• 7.1.2 锂离子电池组放电过程中的温升实验62-65
• 7.2 实验结果65-67
• 7.3 本章小结67-68
• 第八章 电池箱下箱体热-结构耦合性能有限元分析68-72
• 8.1 耦合场有限元分析的相关定义68
• 8.2 热-结构耦合分析的基本理论68-69
• 8.3 电池箱下箱体热-结构耦合有限元分析69-70
• 8.3.1 热-结构耦合有限元分析模型的建立69
• 8.3.2 边界约束条件及加载说明69-70
• 8.4 热-结构耦合有限元分析结果70-71
• 8.5 本章小结71-72
• 第九章 总结与展望72-74
• 9.1 本文完成的工作72-73
• 9.2 本文展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

城轨车辆框架式结构蓄电池箱设计    贾继云;谢朝辉;刘东广;黄志华;马德金;

挤出机双流道筒体的设计及换热能力的计算与分析    潘宝霞;贾朝阳;

复合墙体室内温度响应研究    许建柳;

基于复合形法的多层钢结构优化设计研究    谢淮宁;何培玲;

基于改进序列线性规划法的空间桁架结构优化设计    赵国宝;朱杰江;杨骁;

地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型    李茜;苏华;李晓虹;张燕;

CSP连轧过程变形的有限元分析    李传瑞;王立涛;葛仁余;余小鲁;陈志浩;

农产品加工的供热管道在传输过程中的热损耗分析    宋如敏;王恒青;

大气与真空下功率VDMOS散热特性研究    丁凯凯;冯士维;郭春生;刘静;

对于改进国产内燃机车冷却系统的几项建议    刘达德;

环境试验设备的状态空间法仿真设计    翟唤春,尚娜,王浚

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

基于动力特性的海上风力发电支撑结构优化技术研究    孟珣

熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性    左远志

汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技术研究    姚栋伟

槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化    朱登亮

高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究    李国富

基于正交基神经网络的结构可靠性分析    沙丽荣

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

褐煤提质及其燃烧行为特性的研究    李先春

活化生土基低碳节能村镇建筑材料研究    谭晓倩

钢管混凝土轴压短柱的承载力研究    冯波涛

高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究    侯建军

矿井冰制冷降温系统能效测试与诊断    亓玉栋

井下工具油浸试验装置温度控制系统分析    赵达

纤维混凝土夹心秸秆压缩块砌块墙的研究与开发    刘永

钢管组对机总体方案设计及关键技术研究    王建秋

渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究    徐义洪

钢框架住宅结构体系优化的对比分析    李枫

CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟    李艳红

滑模施工关键技术的研究与应用    曹飞

笔记本电脑用单体电池的安全问题    王宏伟;肖海清;王超;邓爽;杨宗辉;

通用在中国启动单体电池样品研制与测试 访通用中国科学研究院院长杜江凌博士    吴憩棠;

锂离子单体电池筛选方法的研究    杨固长;崔益秀;周建银;

镉镍圆柱密封可充单体电池快速检验方法的探讨    平涌泉

浅析单体电池在线活化技术在大发水电站的应用    魏如海;陈丹;

铅酸牵引蓄电池 第二部分:单体电池和端子的尺寸及单体电池的极性标志    任洪

锂-二氧化锰单体电池筛选方法的研究    冯建君;郭际;王兴贺;段保京;

从动力蓄电池单体电池到汽车电子设备 艾德克斯提供完善测试方案    

潜艇蓄电池——先进的单体电池设计    王晓梅

锂电池动力电源单体电池电压检测系统设计    于志豪;常龙;张瑞雪;肖林京;刘韬;

燃料电池系统单体电池电压监测方案的设计    沈丹;魏学哲;孙泽昌;

国网成功研制大容量钠硫储能单体电池    记者 颜新华

磷酸铁锂电池组安全保护技术研究    王丽梅

动力锂离子电池组寿命影响因素及测试方法研究    时玮

电动汽车电池冷却系统的数值模拟研究    周耀华

车用动力电池多内热源生热模型和电热不一致性研究    郭巧嫣

基于有限元法的纯电动汽车电池箱结构分析及热特性研究    董相龙

单体电池化成设备的研究    赵英杰

纯电动汽车能量均衡技术研究    祁华铭