[发明专利]基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法

说明书

本发明公开了基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法，包括以下步骤：1)确定电池包壳体的优化对象和设计变量，并基于所述优化对象和设计变量对电池包壳体进行试验设计，得到电池包壳体的试验矩阵；2)对所述试验矩阵进行随机振动分析，获得每个样本对应的优化对象的随机振动应力响应值，并建立二阶响应面模型；3)以质量最小为优化目标，以满足随机振动工况和第一阶模态为约束，利用多岛遗传算法对二阶响应面模型进行优化，得到轻量化的电池包壳体；4)验证轻量化的电池包壳体的可靠性。本发明有利于减少工程实际中复杂结构电池包壳体的试验次数，降低产品开发成本，缩短产品开发周期。

技术领域

本发明涉及电池包设计领域，具体是基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法。

背景技术

为了减少环境污染，节约不可再生能源，促进全球可持续发展，具有能源低碳化特点的新能源汽车将是未来汽车发展的重点。电动汽车作为新能源汽车中的典型代表，具有零排放、效率高等突出优点，已逐渐成为各大汽车制造商发展的大势所趋。有研究表明，电动汽车整车重量每降低10kg，续航里程可增加2.5km，这不仅减少了电池的更换次数，还降低了电池的使用成本。电动汽车的轻量化设计也逐渐成为一个研究热点。电池包系统作为电动汽车的核心部件之一，其性能好坏直接影响电动汽车的续航和安全等性能。但电池包系统的重量在整车中占比较大，这影响了电动汽车的续航里程。提升电动汽车的续航能力主要有两种途径：一是提高单体电芯质量的能量密度，二是对电池包壳体进行轻量化设计。在目前电池能量密度提高较困难或成本较高的情况下，对电池包壳体进行轻量化设计来减轻整车重量并提升整车性能显得十分必要。减轻电池包壳体的重量还可以在相同整备质量的前提下安装容量更大的电池，提升电动汽车的续航能力。

相关企业对于电池包系统的轻量化设计进行了研究，国内外专家学者对电池包轻量化设计也开展了较为系统的研究，包括减小壁厚、采用铝合金作为电池包壳体材料、对顶盖、托架和横梁等部件分别进行形貌、尺寸和拓扑优化以及加强筋重新布局等方法。目前的研究主要集中于对电池包的某些部件进行形貌、拓扑优化，或选用铝合金等轻量化材料对其进行轻量化设计等；而尚未系统地开展其他轻量化材料如高强钢的选材研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法，包括以下步骤：

1)确定电池包壳体的优化对象和设计变量，并基于所述优化对象和设计变量对电池包壳体进行试验设计，得到电池包壳体的试验矩阵。

所述电池包壳体包括上盖、底壳、上支架、上下层连接支架、下支架、若干吊耳和托架。

所述上盖盖设在底壳上，从而形成封闭腔体。

上支架、下支架分层嵌设在底壳内，从而将封闭腔体分割为若干子腔体。

所述上支架和下支架通过上下层连接支架连接。

所述下支架包括若干下支架纵梁和若干下支架横梁。

所述下支架纵梁和下支架横梁将子腔体分隔成若干电池放置单元。一个电池放置单元内供一组电池放入。

若干吊耳通过托架依次连接在底壳的外侧壁上；

所述上盖、底壳、上支架、上下层连接支架、下支架、吊耳和托架为优化对象。优化变量的材料和厚度为设计变量。

对电池包壳体进行试验设计的步骤包括：

1.1)在Isight软件中建立获取试验矩阵的组件，包括Excel组件和DOE组件。

1.2)在Excel组件中导入设计变量，设置所有设计变量水平。