电池箱体开发中主要的设计方法

电池箱轻量化不仅涉及轻量化材料的应用，而且与箱体结构的合理设计密切相关，优化箱体结构设计也是实现汽车轻量化的一个重要途径。通过CAD/CAE/CAM一体化技术对电池箱总体结构进行分析和优化，实现箱体零部件的精简、整体化和轻量化，已成为电池箱体开发中主要的设计方法。

利用CAD/CAE/CAM一体化技术准确实现电池箱体实体结构设计和布局设计,对各构件的开头配置、板材厚度的变化进行分析,并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该箱体的相关数据进行工程分析和刚度、强度计算。对于采用轻质材料的零部件,还可以进行布局进一步分析,使轻量化材料能够满足箱体设计的各项要求。

电池包箱体轻量化设计方法主要有拓扑优化、形貌优化、形状优化和尺寸优化等。在箱体前期设计过程中即概念设计阶段一般采用拓扑、形貌和自由尺寸的优化手段；在结构设计后期，对具体的技术要求，需要详细设计时更多的采用尺寸优化、形状和自由形状优化技术，以达到具体的设计要求。如某铸铝电池包箱体的拓扑分析，支架安装位置全约束，模拟电池包实际安装情况，同时以国标挤压工况受力分析为边界；设计响应为电池包的应变能和质量；目标为质量最小；约束为体积减少为初始的80%。经过多次迭代获得电池包相对密度云图，如图4所示，红色区域为密度接近1的部分，对设计目标的贡献较大，是必须要保留的或者是要加强的区域。蓝色部分的相对密度较低，对设计目标的贡献小，是我们做轻量化重要的减重途径。当然拓扑优化后的结果，还必须考虑工程工艺的可行性，综合考虑箱体的减重方案设施。

电池包安全性需考虑热管理，其不仅对电池的循环寿命、工作温度起着重要影响，对于电池包整体轻量化能量密度的提高也非常重要。

在电池包现有的热管理轻量化上，冷板结构采用较多的是钎焊工艺和吹胀工艺，如口琴管、冲压板、吹胀板等。针对此类冷板结构，要单独放在电池箱体上，利用CFD仿真技术和参数化优化设计，对冷板流道进行优化设计，保证电池的散热性。同时结合流固耦合仿真对冷板的结构进行轻量化设计，保证冷板结构强度。此外，将热管理系统集成于箱体结构中是目前实现整体结构轻量化研究和探讨的方向，该方法在下箱体内嵌入流道，或利用挤压型材布置流道，利用CFD、参数优化设计以及流固耦合的方法，来对内部流道以及结构进行优化。这种结构不仅可以直接承受模组的重量，同时实现了电池包整体的轻量化，也避免了单独冷板在恶劣工况下的泄露。