|
1. 设计目的及意义（含国内外的研究现状分析）
1.1研究目的
动力锂离子电池的比能量可达到120~150W·h/Kg，相较于其他的动力电池，锂离子电池具有较商的比能量而且短时间的质量比功率可达1000W/Kg，因此动力型锂离子电池成为电动汽车领域研究的热点【1】。动力电池系统为电动汽车提供动力，通常动力电池系统是先由多个电池单体构成电池模块，再根据电动汽车的需求，串联或并联多个电池模块构成动为电池系统。电池单体通常是指单个电化学电芯，通过一定的机械连接和电连接，将电池单体串联或者并联组成具有大电压或者大电流的结构，称之为电池模块【2】。动力电池系统除了电池模块、电连接结构以及机械固定结构外还包括电池热管理、电池电压管理化及电池安全所需的BMS模块。本文就某电动汽车动力电池包进行结构设计以及相应分析工作，确保动力电池包满足工作要求。
1.2国内外的研究现状分析
随着经济社会的发展，我国从1980年左右开始研究锂离子电池，2000年左右，我国锂离子电池年产量仅为0.35亿只，远小于同期日本的产量。在国家战略上，我国将动力锂离子电池技术列为优先发展方向，并支持一些国内企业大为发展锂离子电池。深圳比亚迪、天津力神等企业在电池技术方面取得巨大进步。在电动汽车领域，万向集团将锂离子电池应用于电动汽车与混合动力汽车上，比亚迪公司与美国A123公司合作，研究电动汽车用动力电池系统，这些努力和尝试，对我国锂离子电池技术的发展有重要意义。
日本是世界上较早进行锂离子电池研究的国家，日本索尼公司首先在90年代初推出了第一代锂离子电池并凭借其比能量高的特点，获得市场青睐。从2002年开始，锂离子电池逐渐应用到电池汽车以及助力转向中，随着材料技术的突破，锂离子电池安全性和比能量都有较大提高，并在电动汽车领域所占市场份额逐步提升【3】。
2011款雪弗兰（Volt）电池组，该电池组主要由４个电池模块组成Ｔ型，这样便于电池组在汽车底盘的布置，每一个电池模块均由薄片型裡离子电池组成，通过母线来连接４个电池模块，保证安全【4】。
2014款日产Leaf电池组采用４节电池单体串并结合的方式组成电池模块，再由48个电池模块串联成电池组的方式【5】。
2014款特斯拉Model s纯电动汽车的电池包结构先采用多个18650电池组装成电池包，再由单体电池包组装成电池组，最终将电池组紧凑的布置在底盘上。每一个电池单体均设置导热管路，并将导热管路与电池单体外壳进行绝缘处理【6】。每一个电池组均设置独立的BMS系统，监测电池组内部电池单体的容量、电压及温度的变化。
1.3研究意义
根据上诉国内外研究现状以及实际的设计应用，本次设计（论文）的目的及意义是基于设计的纯电动汽车实际需求合理设计动力电池包的结构，并完成电池包组成结构设计以连接方式确定。合理的电池包结构对确保电池的安全至关重要，在设计电池包结构时要防止电池成组时带来的一系列问题，研究电池包的结构强度，并进行计算验证；分析动力电池包的碰撞性能，确保电池组安全；并开展电池包可拆解、可重组性分析，实现电池包的循环利用，节约资源，并有利于电池拆装、更换、维修。
2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施
2.1研究(设计)的基本内容
（1）基于电动汽车的主要性能参数以及动力电池包的参数要求，完成相应的动力电池包结构设计；
（2）对所设计动力电池包进行结构强度计算分析。
（3）开展电池包碰撞性能分析、可拆解可重组分析。
2.2研究(设计)的目标
（1）电池分为包级-模组级-单体级，设计的电池包必须可拆解，单体可重组，易于可循环再利用；
（2）动力电池包的参数要求，T型布置方式，确定电池单体选型，确保符合设计要求；
（3）完成动力电池包结构设计，包括模组结构、电池包结构、壳体结构，以及所有组件结构设计、连接方式确定；；
（4）完成动力电池包的结构强度计算和验证分析；
（5）开展电池包的碰撞性能分析和可拆解可重组分析；
（6）完成电池包的三维建模，绘制相应的装配图和零件图，编写相应设计说明书。
2.3拟采用的技术方案及措施
随着能源短缺和环境污染问题日益突出，电动汽车的研发日趋激烈。发展电动汽车，是推动汽车产业可持续发展的重要途径。动力电池包作为电动汽车能量的主要来源，其设计的好坏直接影响了整车的性能。
根据毕业设计任务书，进行纯电动汽车动力电池包的结构设计工作。（1）首先做好前期准备工作，查阅相关文献资料，了解动力电池的基本知识，明确电池包结构设计的相应要求；（2）由任务书内容，分析动力电池包设计参数，结合实际电动汽车的整车参数，主要由电池包参数，布置方式以及车身结构尺寸以及其他相关要求，完成电池单体选型工作，并确保符合参数要求，确定动力电池包的布置方案；（3）接着对电池包进行整体设计，依此完成各项结构设计，包括电池模组结构设计、电池包结构设计（成组设计）、壳体设计（电池箱结构设计）以及其他结构组件设计，并依次运用CATIA、AUTO CAD等三维建模软件进行模型建立；（4）再通过有限元分析软件（如Ansys Workbench、HyperMesh等）对初步设计的动力电池包建立有限元模型，进行其结构强度计算和验证分析，为动力电池包的结构分析及优化奠定基础；（5）最后进行电池包碰撞性能分析和可拆解、可重组性分析。
技术方案与措施框图如图1.1所示：
图1.1 设计路线图
3．进度安排
表1-时间计划表
|
周次
|
工作内容
|
提交内容
|
|
1～2（7学期第19-20周）
|
确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集
|
毕业设计任务书
|
|
3 （8学期第1周）
|
方案构思、文献检索、完成开题报告
|
文献检索
开题报告
|
|
4～5（8学期第2-3周）
|
外文翻译、资料再收集
|
外文翻译
|
|
6～8（8学期第4-6周）
|
设计计算、草图绘制
|
设计计算草稿、草图
|
|
9～11（8学期第7-9周）
|
图样绘制、编写设计计算说明书
|
图样、论文初稿
|
|
12～14（8学期第10～12周）
|
图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查
|
正式图样、论文
|
|
15（8学期第13周）
|
学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅图纸、说明书
|
毕业设计资料袋
|
|
16～17（8学期第14-15周）
|
参加答辩
|
毕业设计成绩
|
4.参考文献
[1] 赵冠宇,徐丹,冯富春.一款纯电动乘用车电池箱体的设计[J].电源世界,2015(08):42-44.
[2] 姜高松. 某纯电动汽车电池箱结构设计分析及优化[D].湖南大学,2016.
[3] 刘元强. 纯电动汽车电池包结构设计及特性研究[D].东南大学,2016.
[4] 郜效保.微型纯电动汽车电池包结构设计与碰撞安全性研究[D].湖南大学,2016.
[5]王兵.一种纯电动汽车电池包的结构设计[J].上海电气技术,2016,9(01):37-39+48.
[6]孙小卯. 某型电动汽车电池包结构分析及改进设计[D].湖南大学,2013.
[7]王阳,宁国宝,郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[J].汽车技术,2011(7):32-35.
[8] 薛雯. 纯电动汽车电池结构与系统的研究[D].天津大学,2016.
[9]王丽娟.车用动力电池包结构CAE分析优化研究[D].南京理工大学,2015.
[10] 琚安建.四轮独立驱动电动车平板式电池包结构设计及分析[D].东南大学,2017.
[11]Arora S, Shen W, Kapoor A. Review of mechanical design and strategic placement technique of a robust battery pack for electric vehicles [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016.
[12]Shui L, Chen F, Garg A, Peng X, Bao N, Zhang J. Design optimization of battery pack enclosure for electric vehicle. Structural and Multidisciplinary Optimization [J]. 2018;58(1):331-47.
[13]Xue N, Du W, Greszler TA, Shyy W, Martins JRRA. Design of a lithium-ion battery pack for PHEV using a hybrid optimization method[J]. Applied Energy. 2014;115:591-602.
[14]Pilley S, Morkos B, Alfalahi, M. Integration and Modularity Analysis for Improving Hybrid Vehicles Battery Pack Assembly (2018) SAE Technical Papers, 2018-April
[15]Liu Z, Tan C, Leng F. A reliability-based design concept for lithium-ion battery pack in electric vehicles[J]. Reliability Engineering and System Safety. 2015;134:169-77.
5.指导教师意见
指导教师（签名）：
年 月 日
|
