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混合动力|基于混合动力汽车的动力电池支架结构性能研究


来源 |汽车技术课程
随着科技的进步 ， 汽车行业得到了飞速地发展 ， 使得全球汽车保有量正在持续上升 ， 而汽车的保有量迅速增长又导致能源紧缺和环境污染问题日益加剧 。 因此 ， 国家制定的相关法规也越来越严格 ， 国内外主流汽车生产商都选择发展新能源汽车来解决当前的能源和环境危机 。
混合动力汽车是以两种或以上的动力源来提供动力的新能源汽车中的一种 ， 具有简单的结构布置 ， 多样化的动力源 ， 易于使用维护等优点 。 而油电混合动力汽车是当前混合动力汽车中最容易实现量产化的一种形式 ， 根据电机布置型式不同 ， 可以分为P0、P1、P2、P3 和P4 混合动力型式 ， 如图1所示 。
本文综合考虑成本和节油两方面 ， 采用P0 型式 ， 使用48V-BSG 系统方案 ， 实现以最低的成本完成所能达到最大的节油效果 。 其中动力电池是该方案的能量中心 ， 既可以提供电力 ， 又可以收集并储存电能 ，动力电池固定方式的可靠和牢固性直接影响本身的使用寿命和整车安全性 。 在现有技术中 ， 动力电池一般布置在车身底盘下方 ， 固定方式采用压杆或者紧固带将48V 电池固定在车架上 。 为了避免在碰撞和冲击等情况下发生晃动 ， 保证固定的可靠性 ， 这种固定方式通常占据空间大 ， 本身重量较重 ， 与整车轻量化理念背道而驰；而且在装配过程中 ， 影响批量生产的节拍 。 因此 ， 本文还兼顾整车轻量化理念 ， 在最小空间里实现动力电池稳定固定 ， 进而提高汽车行驶的可靠性和安全性 。 本文使用CATIA 软件建立动力电池支架三维数模 ， 再运用有限元技术 ， 对其结构进行了静态特性、约束模态、正面碰撞模拟分析 ， 和安装螺栓匹配分析 ， 最后该方案的结构性能满足要求 ， 制作工装件 ， 搭载整车道路耐久试验 ， 获得项目组认可 。
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图1 电动机布置型式
1 动力电池支架结构设计原则
1.1 结构形式
本文动力电池固定方式是由两个相同的动力电池支架 ， 四个M8 螺栓和四个M6 螺栓组成的 。 将动力电池用两个相同的动力电池支架通过四个M8 螺栓固定在车架底板上 ， 距离地面的高度为380mm ， 其中应该两端反向对接地装配两个动力电池支架 ， M8 螺栓安装力矩为24±4Nm；再将两个相同的动力电池支架用四个M6 螺栓相互固定 ， M6 螺栓安装力矩为10±1.5Nm ， 如图2 所示 。
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图2 动力电池固定装配图
其中动力电池支架结构包括四个M6 螺栓安装孔 ， 四个M8 螺栓安装孔 ， 一个线束固定孔 ， 两个加强筋 ， 一个凹形限位 ， 一个压边限位和两个M6 螺母 ， 如图3 所示 。
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图3 动力电池支架结构图
本文建立整车坐标系 ， 定义X 轴是指向车辆前进方向 ， Y轴是指向车辆左侧 ， Z 轴是指向车辆垂直上方 。 如图4 和图5所示 ， 动力电池支架上压边限位分别与动力电池前后端斜面凸台贴合 ， 夹角为33.5° ， 可以有效地限制动力电池的X 和Z 轴晃动；动力电池支架上凹形限位分别与动力电池左右凹槽贴合 ， 斜面贴合夹角为135° ， 形成锥角为1.1° ， 可以有效地限制动力电池的Y 和Z 轴晃动 。 两个加强筋可以有效地增加压板结构的强度和刚度 ， 更可靠地固定动力电池 。 另外 ， 线束固定安装孔为48V 电池接地线提供支撑点 。 按照以上要求 ， 通过CATIA 软件建立动力电池支架三维数模 ， 为后续建立有限元模型提供了依据 。
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