[发明专利]一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法

权利要求书

1.一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)建立电池包壳体有限元模型；

(2)建立电池包壳体有限元模型的验证条件；

(3)判断电池包壳体有限元模型是否同时满足电池包壳体有限元模型所有验证条件，若否，则重新生成电池包壳体各部件的材料属性、壁厚以及有限元模型，并返回步骤(1)，若是，则进入步骤(4)；所述材料为高强钢材料；所述材料属性包括材质、材质屈服强度、材质抗拉强度、材质弹性模量、材质泊松比、材质密度以及本构模型；

(4)重复步骤(1)至步骤(3)，得到具有多种材料属性和壁厚组合的有限元模型；

(5)对有限元模型进行试验设计，并优化电池包壳体各部件的材料属性。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，建立电池包壳体有限元模型的步骤如下：

①获取电池包壳体三维均质化模型；电池包壳体的部件包括上盖、下壳体、若干纵梁、若干横梁、上支架和若干托架，上盖和下壳体组成腔体，上支架布置在腔体内，将腔体分隔为若干子空间，纵梁和横梁布置在子空间内，将子空间分隔成若干电池放置单元并提高系统刚度与强度，一个电池放置单元内供一组电池放入；

②对电池包壳体三维均质化模型进行几何清理；

③对几何清理后电池包壳体三维均质化模型进行网格划分；

④添加电池包壳体各部件的连接约束，述连接约束包括接触和间隙，其中接触表示两个部件相接触，间隙表示两个部件不接触；

⑤添加各部件的材料属性和壁厚；

⑥基于步骤②至步骤⑤，建立有限元模型；

⑦计算有限元模型的节点位移q(t)；有限元模型位移q(t)满足下式：

式中，M表示有限元模型的质量矩阵；C和K分别表示模型的刚度和阻尼矩阵；q(t)和F(t)分别表示节点位移和外载荷；

其中，有限元模型的质量矩阵M如下所示：

式中，V_e为体积；e表示有限元单元；N为形状函数矩阵；T'为连续体的壁厚；上标T表示转置；ρ为连续体的密度；

有限元模型的刚度矩阵C如下所示：

式中，μ为连续体的阻尼系数；

有限元模型的阻尼矩阵K如下所示：

式中，D和B分别表示弹性矩阵和应变-位移矩阵；

节点外载荷F(t)如下所示：

式中，S_δ为边界；b和P分别表示体积V_e和边界S_δ上的分布外载荷；

⑧计算电池包壳体结构的位移场u(x,y,t)、应变场ε(x,y,t)和应力场σ(x,y,t)，分别如下所示：

u(x,y,t)＝N(x,y)q(t)

ε(x,y,t)＝B(x,y)q(t)

σ(x,y,t)＝Dε＝DB(x,y)q(t)

式中，D为弹性矩阵，t为时间；ε

弹性矩阵D如下所示：

式中，E为弹性模量。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池包壳体轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电池包壳体有限元模型的验证条件包括以下八种：

①确认有限元模型材料属性的正确性；

②确认集中质量单元的质量、惯性特性和弹性单元的刚度；

③确认单元的连续性和整体结构的正确性；

④确认约束的合理性和约束自由度的正确性；

⑤确认有限单元是否正确；

⑥确认多点约束是否正确；

⑦确认单元和约束的参考坐标系正确；

⑧确认有限元模型没有奇异点。