【技术文章】碳纤维复合材料电池箱轻量化研究

电池箱是电动汽车动力电池的承载和保护部件，除承受电池本身重量外,还承受着汽车行驶时各工况的冲击。电动汽车电池箱轻量化可使其续航里程增加，然而设计时还应考虑其结构强度、刚度及可靠性等性能。理想的电池箱应在满足强度、刚度等性能的同时实现轻量化。

目前,采用结构优化进行减重的方法相对成熟。要进一步进行轻量化设计,新材料选择及对新材料的合理设计成为主要选择。汪佳农等基于有限元分析，对比了钢质电池箱与碳纤维电池箱各自的承载性能,设计出合理的碳纤维/环氧电池箱。鲁亚妮等基于Optistruct以及多层次优化方法，采用碳纤维代替FSEC赛车传统钢材电池箱。王国旺也对复合材料电动汽车电池箱进行了轻量化设计。Zhao等基于刚度等效设计方法采用复合材料代替金属电池箱,并结合理论和有限元分析两种方法，比较了金属材料和复合材料的性能。Liu等提出了一种基于可靠性的优化设计方法，解决了CFRP电池盒的轻量化设计问题。近年来，国内各大主机厂如中航复合材料和一汽等也对复合材料电池箱进行了研发。

本文以某微型电动汽车电池箱为研究对象，为减轻该电池箱下箱体重量,首先采用轻质材料铝合金和碳纤维复合材料替换原Q235钢制材料，将电池箱支架和加强梁替换为铝合金材料,将箱体替换为碳纤维复合材料。为同时优化铝合金和碳纤维材料的厚度尺寸并保证碳纤维45°和-45°层厚度相同，提出以神经网络为代理模型进行优化的方法，得到铝合金支架最佳厚度、加强梁最佳厚度和碳纤维各角度厚度;最后在Optistruct中优化了碳纤维的铺层顺序。