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汽车动力电池包设计 开题报告
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

毕业论文(设计)开题报告

题目

汽车动力电池包设计

题目类别

毕业设计

姓名

专业

班级

学号

一、选题背景及依据(简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果(文献综述),选题目的、意义,列出主要参考文献)

(一)选题背景与依据

选题背景与依据:

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,电动汽车作为新能源汽车的代表,正逐步成为汽车工业发展的主流方向。电动汽车的核心部件之一——动力电池包,其性能优劣直接关系到电动汽车的续航里程、安全性、可靠性和成本效益。因此,动力电池包的设计和优化成为电动汽车技术研发的关键环节。

本选题基于电动汽车动力电池包的重要性,旨在通过系统的结构设计和特性分析,提升动力电池包的性能,满足电动汽车对高能量密度、高安全性、长寿命和低成本的需求。选题依据如下:

研究意义:动力电池包的设计不仅影响电动汽车的整车性能,还关系到电动汽车的市场竞争力和消费者的接受程度。通过优化动力电池包的结构设计,可以提高电池的能量密度和安全性,延长电动汽车的续航里程,降低生产成本,推动电动汽车产业的快速发展。

解决实际问题:当前电动汽车动力电池包在结构设计上仍存在一些问题,如能量密度不足、散热效果不佳、安全性难以保障等。本选题旨在通过系统的研究和设计,解决这些问题,提升动力电池包的综合性能。

先进性和实用性:本选题采用先进的电池单体和模组技术,结合有限元分析和碰撞测试等手段,对动力电池包进行系统的设计和优化。研究成果不仅具有理论价值,还具有实际应用价值,可以为电动汽车动力电池包的设计提供科学依据和技术支持。

(二)国内外研究现状

1、国内研究现状:

近年来,国内在电动汽车动力电池包设计领域取得了显著进展。众多科研机构和企业纷纷投入大量资源,开展动力电池包的结构设计、性能优化及安全防护等方面的研究。例如,一些学者通过改进电池模组的布置方式和散热系统,提高了动力电池包的能量密度和散热性能;还有一些研究者通过引入新型材料和结构,增强了动力电池包的安全防护能力。

然而,国内在动力电池包设计方面仍存在一些问题,如设计理念相对落后、仿真分析手段不够先进、安全防护措施不够完善等。此外,国内在动力电池包的标准化、模块化及可重构性等方面的研究也相对较少,限制了电动汽车动力电池包的产业化应用。

2、国外研究现状:

国外在电动汽车动力电池包设计领域的研究起步较早,积累了丰富的经验和成果。一些发达国家如美国、日本和欧洲等,已经形成了较为完善的动力电池包设计体系和技术标准。例如,特斯拉等电动汽车企业通过采用先进的电池技术和设计理念,成功推出了高能量密度、高安全性的动力电池包,为电动汽车的普及和发展做出了重要贡献。

此外,国外在动力电池包的仿真分析、安全防护及可重构性等方面的研究也取得了显著进展。一些研究者通过采用先进的仿真分析软件和方法,对动力电池包的结构强度、热管理效果及安全性等进行了深入的分析和验证;还有一些学者通过引入新型材料和结构,实现了动力电池包的模块化设计和可重构性,为电动汽车动力电池包的产业化应用提供了新的思路和方法。

(三)研究目的及其意义

研究目的:

本选题旨在通过系统的结构设计和特性分析,提升电动汽车动力电池包的性能。具体研究目的包括:

优化动力电池包的结构设计,提高电池包的能量密度和安全性;

引入先进的热管理技术和安全防护措施,提升电池包的散热性能和可靠性;

对动力电池包进行有限元分析和碰撞测试,验证其结构强度和安全性;

探索动力电池包的可重构性,为动力电池的回收利用和快速换电提供技术支持。

研究意义:

提高生产效率:通过优化动力电池包的结构设计,可以简化生产工艺,提高生产效率,降低生产成本。

推动电动汽车行业可持续发展:优化动力电池包的设计可以提升电动汽车的续航里程和安全性,增强消费者的购买意愿,推动电动汽车行业的快速发展。同时,动力电池包的可重构性也为动力电池的回收利用和快速换电提供了技术支持,有助于实现资源的循环利用和环境的可持续发展。

促进技术创新和产业升级:本选题的研究将推动电动汽车动力电池包技术的创新和发展,促进相关产业链的升级和完善。研究成果不仅可以为电动汽车动力电池包的设计提供科学依据和技术支持,还可以为其他领域的新能源技术研究和应用提供借鉴和参考。

总结:

综上所述,本选题的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。通过系统的结构设计和特性分析,可以提升电动汽车动力电池包的性能,推动电动汽车行业的快速发展和产业升级。同时,研究成果还可以为动力电池的回收利用和快速换电提供技术支持,有助于实现资源的循环利用和环境的可持续发展。

(四)、主要参考文献

[1] 马洪涛,谢京.基于多学科优化的锂离子动力电池包设计[J].自动化应用, 2023, 64(9):251-253.

[2] 高大威,付静江,王聪昌,等.纯电动车动力电池包结构轻量化设计[J].公路交通科技, 2023, 40(6):203-210.DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2023.06.025.

[3] 卜凡涛,刘木林,栾敬钊,等.电动汽车动力电池包仿真模型设计[J].汽车实用技术, 2022, 47(24):14-22.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.003.

[4] 薛涛.新能源汽车动力电池包的改进设计与仿真研究[J].装备制造技术, 2023(6):172-175.

[5] 于伟,王迎波,周广钊,等.3.5T纯电小卡轻量化液冷动力电池包的设计与仿真[J].电池工业, 2023, 27(3):133-138.

[6] 尤思博.锂离子动力电池包保温系统设计及其对整车性能影响研究[D].吉林大学,2023.

[7] 林杰威,李金璐,龙飞企,等.燃料电池载重车振动研究及动力系统布置优化[J].武汉大学学报(工学版), 2024, 57(9).

[8] 殷鹏飞.电池工厂总图规划及物流流线分析[C]//2023中国汽车工程学会年会论文集(5).2023.

[9] 胡春雨 沈春雷 唐莎莎 段红石 陈月锋 杨晓 郑宗明.新能源电动农机一源多用创新供能赋能农网农机融合发展[J].  2024.

[10] 秦玉英,曹俊杰.新能源动力电池包模态分析及优化设计[J].电源技术, 2023, 47(8):1060-1063.

[11] 黄登峰 周顺顺 闫晓磊 查云飞.基于浮动映射法的动力电池包散热结构设计[J].汽车技术, 2024(7).

[12] 李伯勇,黄绍金,赖城贤,等.动力电池训练"包"设计[J].时代汽车, 2023(23):121-123.DOI:10.3969/j.issn.1672-9668.2023.23.041.

[13] 陈南,李兵兵.电动汽车动力电池包结构设计分析研究进展[J].机械制造与自动化, 2022(051-001).

[14] 李振华,朱浩浩,崔,等.动力电池包液冷板设计与仿真分析[J].汽车周刊, 2023(5):0019-0021.

[15] 李斌,游道亮,汤桃峰.双层模组动力电池包热管理设计与优化[J].南方农机, 2023, 54(2):129-133.

[16] 汪辉.汽车动力电池包结构轻量化与耐撞性多目标优化设计方法研究[D].武汉科技大学,2023.

[17] 雷鹏英.动力电池包多目标优化设计[D].电子科技大学,2022.

[18]  Wang W , Zhang T , He Y ,et al.Uncertainty bottom impact optimization of power battery pack with 3D star-shaped auxetic structure[J].Applied Soft Computing, 2024:161.

[19]  Majumder S , Akula R , Vennela B S ,et al.Design of thermal management system for a battery pack with malfunctioning battery: - a numerical parametric study[J].IOP Publishing Ltd, 2024.DOI:10.1088/1742-6596/2766/1/012049.

[20]  Zhang X , Xiong Y , Pan Y ,et al.Deep-learning-based inverse structural design of a battery-pack system[J].Reliability Engineering & System Safety, 2023.DOI:10.1016/j.ress.2023.109464.

二、主要研究(设计)内容、研究(设计)思想及工作方法或工作流程

1、研究内容

主要研究(设计)内容:本课题旨在基于纯电动汽车的实际需求,合理设计动力电池包的结构,并对其结构强度及性能进行深入分析。主要解决的问题包括:如何根据电动汽车的主要性能参数和动力电池包的参数要求,完成电池包各大组成构件的设计,确保结构设计的合理性;如何分析动力电池包的结构特性,特别是在复杂工况下的结构强度,以满足整体电池包的各项性能指标和安全要求;以及如何实现电池包的可拆解性和单体可重组性,以便于循环再利用。

论文的大体框架(主要内容)包括:

第1章绪论

1.1 引言

1.2 动力电池包研究现状

1.2.1  动力电池发展现状

1.2.2  动力电池包结构设计研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 动力电池包结构设计

2.1  结构设计基本要求

2.1.1  整车设计要求

2.1.2  安全设计要求

2.2  动力电池包系统参数匹配设计

2.2.1  单体选型

2.2.2  电池容量校核

2.2.3  电池电压设计

2.2.4  电池系统框架结构设计

2.3  电池模组结构设计

2.3.1  单体布置方式选择

2.3.2  冷却方式比较及选择

2.3.3  电池块结构设计

2.3.4  电池模组成组设计

2.4  电池包结构设计

2.4.1  安装位置确定

2.4.2  模组布置方式

2.4.3  壳体结构设计

2.4.4  连接方式确定

2.5 其他组件设计

2.6 动力电池包功率密度计算

2.7  动力电池包结构总览

第3章动力电池包性能有限元分析

3.1  电池包有限元分析

3.2  模型建立与分析手段概述

3.3  动力电池包强度分析

3.3.1  典型工况下的电池包结构强度分析

3.3.2  动力电池包模态分析

3.4  动力电池包碰撞性能分析

3.4.1  碰撞测试与碰撞防护分析

3.4.2  侧面碰撞情景分析

第4章动力电池包单体可重构分析

4.1  动力电池回收利用介绍

4.2  电池包换电方式分析

4.3  单体可重构分析

第5章总结与展望

5.1  总结

5.2  展望

参考文献

致谢

2、研究思路

研究(设计)思想及工作方法或工作流程:本课题的研究对象为纯电动汽车的动力电池包,将采用理论分析与实验研究相结合的方法。首先,通过文献调研,了解国内外在动力电池包设计方面的研究成果和存在的问题,明确本课题的研究方向和目标。其次,根据电动汽车的主要性能参数和动力电池包的参数要求,进行动力电池包的结构设计。然后,运用有限元分析等工具对电池包的结构特性进行分析,评估其结构强度和安全性能。接着,进行电池包的性能评估与优化,提出改进措施。最后,探讨电池包的可拆解性和单体可重组性设计,实现电池包的循环再利用。

毕业论文(设计)工作流程图如下:

3、研究方法

论文中具体采用以下研究方法:

文献研究法:通过知网、维普、Web of Science等途径查阅动力电池包设计、结构分析、性能评估等方面的相关文献,收集、整理和分析国内外的研究成果,明确本课题的研究目的、意义及创新点。

有限元分析法:运用有限元分析软件对动力电池包进行结构特性分析,包括静力学条件下的强度校验、自由模态分析以及碰撞性能分析,以评估电池包的结构强度和安全性能。

实验验证法:通过搭建实验平台,对设计的动力电池包进行性能测试和验证,以验证分析结果的准确性和可靠性。

优化设计法:基于有限元分析和实验验证的结果,对动力电池包的结构进行优化设计,以提高其性能和安全性。

以上研究方法将分别运用在动力电池包结构设计、结构特性分析、性能评估与优化等部分中。

4、研究流程

(1)研究前期准备:收集相关论文资料,对比研究国内外在动力电池包设计方面的现状和发展趋势,明确本课题的研究方向和目标。

(2)动力电池包结构设计:根据电动汽车的主要性能参数和动力电池包的参数要求,进行电池包的模组结构、电池包结构、壳体结构等以及所有组件结构设计,确定连接方式。

(3)结构特性分析:运用有限元分析软件对动力电池包进行静力学条件下的强度校验、自由模态分析以及碰撞性能分析,评估其结构强度和安全性能。

(4)性能评估与优化:基于有限元分析的结果,对动力电池包进行性能评估,提出改进措施并进行优化设计。

(5)可拆解性与单体可重组性设计:探讨电池包的可拆解性和单体可重组性设计,实现电池包的循环再利用。

(6)结论与展望:总结本课题的研究成果,提出未来的研究方向和展望。

三、毕业论文(设计)工作进度安排

进度安排(符合学院论文(设计)总体工作计划及指导教师任务书时间安排)

2024年9月1日至2024年9月29日:

收集相关文献,查阅资料:通过图书馆、学术数据库(如CNKI、万方、Web of Science等)及行业报告,搜集汽车动力电池包设计领域的最新研究成果、技术标准和行业动态。

完成开题报告以及任务书:根据收集到的资料,明确研究背景、目的、意义,提出研究内容、方法、思路及预期成果,撰写开题报告,并根据指导教师反馈进行修改完善。同时,细化任务书,明确各阶段的研究任务和时间节点。

2024年9月30日至2024年10月7日:

调研市场及技术现状:通过行业报告、企业官网、专利数据库等渠道,调研当前市场上主流汽车动力电池包的类型、性能参数、成本及优缺点,以及最新的电池技术和材料进展。

确定研究目标与方案:基于调研结果,明确汽车动力电池包设计的具体目标(如提高能量密度、降低重量、优化散热性能等),并初步设计研究方案,包括技术路线、实验方法、预期成果等。

2024年10月8日至2024年10月31日:

动力电池包结构设计:运用CAD软件进行动力电池包的三维建模,包括电池模组布局、散热系统设计、安全防护结构等,确保设计满足车辆空间、重量、安全等要求。

材料选择与性能分析:根据设计需求,选择合适的电池材料(如正负极材料、电解液、隔膜等)和外壳材料,进行材料性能分析,评估其对电池包整体性能的影响。

2024年11月1日至2024年11月30日:

热管理与安全性设计:设计电池包的热管理系统,包括温度传感器布置、风扇或液冷系统的选型与布局,确保电池包在充放电过程中温度控制在安全范围内。同时,设计电池包的安全防护机制,如过充保护、短路保护、碰撞保护等。

仿真分析与优化:利用仿真软件对电池包的结构强度、热管理效果、安全性等进行模拟分析,根据分析结果对设计进行优化。

2024年12月1日至2024年12月31日:

制作原型样件:根据优化设计,制作动力电池包的原型样件,包括电池模组组装、外壳加工、热管理系统安装等。

实验测试与数据分析:对原型样件进行性能测试,包括能量密度、循环寿命、安全性测试等,收集测试数据,分析电池包的性能表现,验证设计的有效性和可靠性。

2025年1月1日至2025年1月31日:

撰写论文初稿:基于研究过程、实验结果和分析,撰写论文初稿,包括引言、文献综述、研究内容与方法、实验结果与分析、结论与展望等部分。

导师反馈与修改:提交论文初稿给指导教师审阅,根据反馈意见进行修改和完善。

2025年2月1日至2025年2月28日:

完成论文终稿与答辩准备:在导师指导下,完成论文的终稿撰写,准备答辩PPT和答辩材料,包括研究背景、研究内容、实验结果、创新点等。

参加答辩:按照学院安排的时间,参加论文答辩,汇报研究成果,回答评委提问。

2025年3月1日至2025年3月10日:

论文修改与提交:根据答辩评委的意见和建议,对论文进行最后的修改和完善,提交最终版本的论文至学院。

指 导

教 师

意 见

学生对毕业论文任务和要求的理解程度,研究的目的意义是否明确,采用的设计方法的可行性,设计的技术路线的合理性,难易程度分析,时间进度安排,文献综述撰写情况综合评价(包括:文献阅读情况、格式及书写规范等),最后给出是否同意开题的结论。(不少于100字)

指导教师签名:

年   月    日

学 院

毕 业

论 文

工 作

小 组

审 核

意 见

负责人签名:

年    月    日

备注:题目类别分为:毕业论文、毕业设计。

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