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电池包箱体挤压铝型材截面形状优化

冯富春，李彦良，盛军，贾宏涛，阎永恒

FengFuchun,LiYanliang,ShengJun,JiaHongtao

（北京新能源汽车股份有限公司，北京，102606）

摘要：电池箱是动力电池系统的核心部件，是保证动力电池及其内部器件安全的屏障。

本文对铝合金箱体的型材截面进行仿真优化，在型材重量基本不变的情况下，提高了电池包

的抗挤压能力，可为电池包的安全设计提供重要参考。

关键词：电池包；型材；挤压仿真；安全性

Optimizationofsectionshapeofextrudedaluminumprofileforbattery

packbox

FengFuchun,LiYanliang,ShengJun,JiaHongtao,YanYonghen

(BeijingElectricVehicleCo.,Ltd.Beijing,102606，China)

Abstract：Batteryboxisthecorecomponentbatterypowersystem,whichcanensurethesafety

ofthebatteryandothercomponents.BasedontheOptiStructsoftware,sectionshape

optimizationoftheextrudedaluminumprofileiscarriedout.Inthecaseoftheweightofthe

sectionbarisbasicallyunchanged,theextrusionresistanceofthebatterypackcanbeimproved，

whichcanprovidesafetydesignreferenceforbatteryboxdesign.

Keywords：Batterybox,Sectionbar,Squeezingsimulation,Safety

1引言

随着能源的紧缺及环境污染问题的日益加剧，新能源汽车成为当今汽车领域研究的热

点，安全、节能和环保已成为当前汽车工业发展的三大趋势。和其他交通工具一样，电动

汽车必须综合考虑各部件的安全性及使用寿命等方面的要求[1]。电池箱作为电池系统的重要

部件，是保证系统安全的重要屏障。GBT31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和

系统第三部分：安全性要求与测试方法中给出了电池系统安全性测试的具体方法。据反馈电

池包挤压测试经常会出现箱体失稳或严重变形导致的电池模组短路现象，从而引起电池包爆

炸起火，是安全性测试中通过率较低的项目。而目前新能源汽车对电池包能量密度的要求越

来越高，电池包轻量化势在必行。随着计算机技术和数值计算方法的快速发展，基于有限元

理论的CAE分析技术在动力电池系统安全领域得到了广泛应用，如电池包在极限工况下的

静力学分析、模态分析、振动冲击分析、疲劳耐久分析、挤压碰撞分析等[2-4]。

本文针对某纯电动汽车电池箱体型材侧壁进行仿真分析优化，并对型材进行挤压仿真分

析，对比分析了型材截面优化前后挤压反作用力及变形情况，论证了该优化方案的可行性，

可为电池系统的安全设计提供有益参考。

2电池箱型材几何模型

电池箱体采用铝合金挤压型材拼焊成型，为了提高仿真效率，本文只针对箱体侧壁的某

段型材进行优化，原方案型材模型见图1所示。

图1原方案型材模型

3材料参数

该型材采用6061-T6铝合金，硬度HB90以上。为了得到准确的模拟结果，需要测定所

用材料的力学参数。首先将所用材料制成标准拉伸试样，用拉伸试验机测定该铝合金的力学

参数。试验测得该铝合金的抗拉强度≥310MPa，屈服强度≥276MPa，其工程应力和真应力

应变曲线见图2所示，6061-T6铝合金的材料属性见表1所示。

图2铝合金材料力学试验测试数据

表16061-T6铝合金材料属性

材料名称弹性模量（GPa）泊松比密度（kg/m3）屈服强度（Mpa）

6061-T6720.332800276

4型材截面优化

拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。连续体拓扑优化是

把化空间的材料离散成有限个单元（壳单元或者体单元），离散结构拓扑优化是在设计空

间内建立一个由有限个梁单元组成的基础结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留，

保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。目前，连续体拓扑优化的研究