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1、毕业论文电动汽车动力输出固定装置的设计目 录摘要及关键词 1 绪论 1 1.1 电动汽车兴起的背景11.2 电动汽车运行现状21.3 课题研究的背景，目的与意义31.4 国内外的研究发展现状42 电动汽车的基本构造与特点43 动力输出固定装置设计方案83.1 动力源固定装置的分析设计83.2 相关电器设备固定装置的分析设计204 设计总结27参考文献28致谢31德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文电动汽车动力输出固定装置的设计姚子强(德州学院汽车工程系 山东 德州 253023)摘 要： 在环境形势日益严峻的情况下，在能源日渐枯竭的压力下，在社会变革改变人们生活方式与生活
2、思维驱动下，新能源产业尤其是新能源汽车产业异军突起，以EV与HEV为代表的电动汽车产业发无论在产量还是在覆盖地域上迅速扩张，在此欣欣向荣的绿色产业背后却是我们对其安全性缺乏足够的认识与重视，电动行业逐渐暴露出各种问题，这既有基于自身平台的方面又包括平台带来的一系列负面影响，作为一种交通工具，其安全性必须是其最重要的指标，没有安全的绿色产业，也最终难成产业。本文将结合目前电动行业出现的实际问题，通过对电动汽车配套设施方面的分层分析，进行各种对比，进行假设，并对相关问题提出解决方案，通过对其中安全性的指标分析明确电动汽车动力输出固定装置的设计标准，以对逐步提高电动汽车在附属安全方面打下基本的理论依
3、据。关键词： 电动汽车； 安全性； 固定装置； 支架总成； 配置； 强度1 绪论1.1 电动汽车兴起的背景 十九世纪末，在内燃机汽车还未成熟之前时，在欧洲各国的马路上曾经一度出现内燃机汽车，电动汽车，马车共同行驶的场面，这也曾是浪漫之都巴黎的一道风景线，科技革命的大潮慢慢改变着人类的进程。很快，内燃机技术获得突破，其在功率，扭矩，速度，稳定性，实用性上完全超越当时的电动汽车，很快电动汽车昙花一现推出市场。此后虽然历经几次石油危机，但内燃机汽车一直占据着主导地位。进入二十一世纪，能源短缺问题尤为突出，关于新能源的呼声越来越高。目前世界汽车保有量已突破九亿辆，并以每年3000万辆的速度递增，到20
4、20年全球汽车保有量将达到12亿，主要增来自发展中国家，我国汽车产销持续增长，2010年汽车产量超过一千万辆，超越美国，居全球第一。作为能源消费大国，我国形势更加严峻，2012年，我国原油消费总量约为3.9亿吨，其中净进口原油1.8亿吨，占原油消费总量的46.1%，能源大量进口危机到国民经济正常运行和国家能源安全，在环境方面，交通能源消耗是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要原因之一。调查表明，平津而言大气污染的42%来源于交通运输。据有关部门在2002年统计，在全国600多座城市中，空气质量达到国家一级标准的城市不足1%。因此汽车改革势在必行，而此时内燃机技术短期内已无法再获得新的突破，
5、虽然诸多知名汽车集团相继推出各种新技术进行节能降耗，如大众推出双离合变速器DSG，直至现在的蓝驱版本车型，但都效果都不明显，制造成本明显上升，性价比降低。而此时的氢能源与乙醇等替代能源汽车发展迟缓，很不成熟。在当今社会变革中，人们也不再满足仅有的更快更强，而是对汽车提出了新的要求，他们希望拥有一种绿色节能的新型交通工具，体验一种新的生活方式。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文经过几十年的电子技术发展，现在的电路控制，电机驱动与蓄电池技术都今非昔比了。尤其是近阶段锂离子电池取得了较大进步，这一切都为电动汽车的再次复兴提供了极佳的技术环境与发展空间。此时已经充斥城市农村大街
6、小巷的电动自行车，电动三轮车也为电动汽车的推出提供极好的市场借鉴与参考，由此以EV与HEV为代表的电动汽车行业逐步兴起。1.2 电动汽车的相关运行现状随着国家新的能源战略的引导与政策倾向及国内外电动市场的逐步成熟，电动汽车的生产规模与销售地域不断扩大，在实际运行的电动汽车初具规模之后，各种隐藏的问题逐渐显现出来。在目前电动汽车市场有很大一批是EV车型，由于其制造成本较低，技术较HEV简单，成为电动汽车市场的主要车型。其主要作为城乡老年代步车，城市出租车与年轻群体的休闲工具及场地用车使用，就使用人群来说是比较特殊的。电动汽车低廉的价格，自由的驾驶条件，较低的使用门槛，良好的经济性是其对传统汽车的
7、优势所在。也正是由于较低的制造成本，使得其后续的维护及自身的安全性难以保证。电池技术虽然一直稳步发展，但其投产型号杂乱，质量参差不齐，尤其是新兴的锂离子电池。近期深圳一比亚迪电动出租车E6碰撞后发生爆炸起火，造成人员伤亡，为电动汽车的安全性敲响了警钟。也引起了人们对电动汽车安全性的思考。除此之外，电动汽车超载，特定路段超速，不遵守交通规则，乱停乱放，占用行人道路等问题让人们不得不对电动汽车的使用进行重新审视。同时限于成本，电动汽车安装的粗劣的电路控制系统，较差的整车密封性，防盗功能，脆弱的车身都直接对电动汽车的安全性构成严重挑战。在电动汽车的配套装置使用方面不仅仅是没有统一的使用安装标准与检验
8、标准，甚至在此层面上出现了以次充好，偷工减料，设计使用随意的诸多问题。一味的关注电动车的动力总成与续航里程的实际效果，而对配套保障体系中的诸多装置设备熟视无睹，造成电动汽车粗糙的工艺与极不稳定的使用问题。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输 专业 毕业论文分析总结，目前电动汽车市场处于一种管制无规，运行无序，使用无保障的状态。1.3 课题研究背景，目的与意义 在电动汽车在技术与市场等条件逐渐成熟时，国家产业政策也给予了电动行业良好的支持，一系列推动电动产业发展的政策相继出台。2005年国务院政府工作报告提出“要鼓励和发展清洁汽车”，国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出：“鼓励开发
9、使用节能环保和新型燃料汽车。”2006年2月，国务院发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）将“低能耗与新能源汽车”和“氢能及燃料电池技术”分别列入优先主题和前沿技术。2007年6月公布的中国应对气候变化国家方案鼓励混合动力汽车、纯电动汽车的生产和消费。近两年发布的节能中长期专项规划、高技术产业发展“十一五”规划、能源发展“十一五”规划，均强调要大力发展电动汽车及零部件和配套基础设施。十一五”期间又启动了更大规模的新能源汽车研发科技计划-节能与新能源汽车重大项目，开展包括电动汽车和代用燃料汽车技术的攻关和考核示范。在国家政策和资金投入的带动下，地方政府不仅在技术研发经费上给
10、予强大支持，同时还出台了积极的政策，武汉、长沙、北京、天津、株洲、深圳等城市均开辟了专用的电动汽车示范运行线路进行电动汽车示范运行和考核。在产业政策指导下，在能源问题与环境压力，迫使绿色能源逐步发展。电动汽车作为汽车行业的革新之作发展迅速，其生产规模，销售市场不断扩大，但同时作为新兴汽车产品其安全性一度发展滞后甚至被忽视，行业标准缺失，结构设备设计混乱，使用电动汽车安全性难以保证，致使电动汽车各种事故频发，给电动汽车发展带来极大负面影响。通过对电动汽车动力输出固定装置这一被人们一度忽视却又是目前可以很好提高电动汽车安全性的结构进行全方位的安全分析与研究，进一步加深对电动行业的发展思路及安全规划
11、的理解，同时对电动汽车的配套附属设施进行重新的定位，做好在电池安全环境下的机械安全保障，使得电动汽车行业持续健康的发展。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文1.4 国内外的研究现状我国电动汽车产业化开始起步，尚未进入规模化生产阶段。混合动力商用车产业化取得一定进展，纯电动和插电式混合动力汽车产业化刚刚起步，进展缓慢。动力电池产业化总体水平有所提升，产业分工协作体系初步形成，但主要企业与国际差距较大，主要是对关键零部件的掌握不够。未来十年将是我国电动汽车产业发展的关键时期，以电动汽车为产业化的重点，并重视混合动力汽车作为过渡技术的发展。国外对电动技术研发较早，1993美国政
12、府便组织企业和科研机构成立 “新一代汽车合作计划”（PNGV），联合开展电动汽车研究。法、德、日等发达国家纷纷采取政府引导、企业和科研机构联合的方式加强电动汽车开发研究。1997年以来，丰田汽车公司推出两代 “Prius”混合动力轿车，全球销量较其他混合动力轿车遥遥领先。2000年本田公司的“Insight”混合动力轿车投放市场，2002年Civic混合动力汽车投放美国市场。1999年以来，本田汽车公司先后推出“FCX V1、V2、V3、V4、”燃料电池汽车，进行了可靠性、碰撞安全性、道路试验等内容的认证试验。2001年以来，通用汽车公司先后推出的“Sequel”燃料电池轿车集成了燃料电池、线
13、传操控系统、轮毂电机和全铝合金车身等先进技术，是一部走向实用化的燃料电池汽车。电动汽车普遍采用高电压电池系统，如何在整体性上保证动力装置安全以保证人员在此环境中的安全是其重点研究对象，于此同时其安全性监测范围逐渐涵盖到电动汽车使用环境与电池的维护与后续处理上。将动力装置标准化，固定总成先行设计，电控单元基于固定总成再设计是目前国内外对动力输出系统的新的思路。作为电动汽车的主要分支，混合电动汽车优势明显，国外对其研究日渐深入，其动力输出安全保证也可以依托传统内燃机汽车，产品更加成熟可靠。在做好电动汽车动力与电控的本身安全运行工作之后，其附属装置的高可靠性将为电动汽车提供坚实的外在安全防护。2 电
14、动汽车的基本构造与特点全部或部分由电机驱动、并配置大容量电能储存装置的汽车统称为电动汽车，其包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三种类型。 德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文1 纯电动汽车 纯电动汽车是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车。 纯电动汽车的优点有： 1）无污染、噪声小2）结构简单，使用维修方便 3）能量转换效率高,同时可回收制动、下坡时的能量，提高能量的利用效率4）可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用2 混合动力电动汽车 混合动力电动汽车是指使用电动机和传统内燃机联合驱动
15、的汽车，按动力耦合方式的不同可以分为串联式混合动力、并联式混合动力和混联式混合动力。 混合动力电动汽车的主要特点在于： 1）采用小排量的发动机，降低了燃油消耗 2）可使发动机经常工作在高效低排放区,提高了能量转换效率，降低了排放 3）将制动、下坡时的能量回收到蓄电池中再次利用，降低了燃油消耗 4）在繁华市区，可关停内燃机，由电机单独驱动，实现“零”排放 5 电机和内燃机联合驱动提高了车辆动力性，增强了驾驶乐趣 6）利用现有的加油设施，具有与传统燃油汽车相同的续驶里程3 燃料电池电动汽车 燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱
16、动的汽车。 燃料电池电动汽车，其特点主要表现在： 1）能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达 6080%，为内燃机的23倍 2）零排放。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水 3）氢燃料来源广泛,可以从可再生能源获得,不依赖石油燃料下图为电动汽车的典型构造图双线表示机械连接，粗线表示电气连接；细线表示控制信号连接，线上的箭头表示电功率和控制信号流动的方向。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 2-1根据从制动踏板和加速踏板输人的信号，电子控制器发出相应的控制指来控制功率转换器的功率装置的通断，从而调节电动机和电源之间的功率流。当电动汽车制动时，再生制动的能源被电
17、源吸收，此时功率流的方向要反向。能量管理系统和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系统和充电器一起控制充电并监测电源使用情况。辅助动力供给系统主要给动力转向、空调、制动及其他辅助装置提供动力。1） 根据不同的电力驱动系统，可将电动汽车分为如图六种不同结构形式。图(a)由发动机前置前轮驱动的燃油车发展而来，结构和性能类似燃油车。图(b)由于没有离合器和可选的变速档位，不能提供理想的转矩转速特性，不适合使用发动机的燃油汽车。图(c)与发动机横向前置前轮驱动的燃油汽车布置方法类似，在小型电动汽车上应用最普遍。图(d)采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动两个车轮，便于实现电子差速，因
18、此不必选用机械差速器。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输 专业 毕业论文图(e)将上述电动机安装在车轮里面，称为轮毂电动机，可进一步缩短电动机到驱动车轮的传递路径。图 2-22) 采用不同类型的储能装置，如不同的蓄电池、燃料电池、超大电容和高速飞轮等，将构成六种典型的电动汽车结构图 2-3a)串联式 b)并联式1德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文c)并联式2 d)混联式1 e)混联式2 f)混联式3 3 动力输出固定装置的设计方案3.1 动力源固定装置的分析设计 电动汽车最为核心的组成部分就是其动力装置，鉴于电动汽车的分类其动力装置可以概括为两类：电池与发动机
19、。配备内燃机的车型属于先进比较流行的混合动力汽车-HY车型。由于内燃机的动力输出已经成熟，其在汽车底盘的安装也已经有完善的运行与检查标准，因此在本文就不在对内燃机的固定装置进行分析设计。本部分主要是针对电池动力输出固定装置的分析设计。 首先，分析动力源的基本结构，自身的物理化学特性以及其使用特点，以确定固定装置的基本设计原则与特性。图 3-1它由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等部分组成。极板是铅酸蓄电池的核心部件，正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质是海绵状纯铅。隔板作用是隔离正、负极板，防止短路；作为电解液的载体，能吸收大量的电解液，它还是正极板产生的氧气到达负极板的通道，
20、以顺利建立氧循环，减少水的损失。电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，主要是参与电化学反应。电池槽中装入一定密度的电解液后，由于化学反应，正、负极板间会产生约为2.1V的电动势。溢气阀位于电池的顶部，起到安全、密封和防爆等作用。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文镍氢电池与锂离子电池在构造上与蓄电池本质一致，但是使用不同的极板材料与电解液溶剂。镍氢电池中不含有铅，而且对外在的环境影响抵御力强，工作状态安全可靠。锂离子的电解液为使锂盐溶解，而采用了混合溶剂为主的有机溶剂，以满足严酷的化学反应条件，这是其有别与其他电池的突出方面，而它另一突出特点是可以做成任意形状。使用特
21、点方面，电动汽车电池的使用特点是其他电源电池不能相比的， 存在或可能存在高速移动、剧烈震动、高温工作、快速充放电，潜在着撞击、刺伤、短路、跌落、浸水、火烧、甚至枪击的可能性。图 3-2此外电动汽车在噪声方面有着特殊的要求，由于其本身（特别是纯电动汽车）的动力输出声音较内燃机汽车相比要小得多，再由于价格等各方面因素大多电动汽车并没有采用专用的隔音降噪装置。车内噪音主要来自动力输出系统，有效控制动力输出过程中噪声将可以有效提高电动汽车的实用性。综上，可以得出在对动力电源固定装置的设计要求：1）有效固定,消除移动晃动等不安全的运动现象；2）整体密封，消除外在环境对电池的物理化学影响；3）采取适度减震
22、措施，避免剧烈震动与过多的噪声；4）高强度保护，避免撞击后电池发生爆炸，有害气体泄漏等；5）可以快速拆卸，以方便对电池的维护与更换；6）尽量控制整体重量，以减少对能量的消耗而提高能量利用率；德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文设计的具体思路与过程:1）材料的选择。在现阶段为达到控制重量的要求，一方面是在不降低强度保证安全的前提下，采用特殊的结构；另一方面是采用新型材料。进行结构与材料的设计选取是首要工作。在设计思路上，对电池的密封与固定采用内层密封与外层加固相结合的方式。对内层整体密封的材料选择上，考虑到其要根据电池组装量的不同而使用不同用量与焊接量，总体调查得出对其使用
23、量是较大的部位，使用高等合金材料确实可以有效的降低整个固定装置的重量，但高等合金材料的性价比并不适合以经济实惠为卖点的电动汽车，而纯粹使用碳素钢即便是再强度与刚性方面比Q235A更好地Q235B也难以可靠的保证在特殊条件下汽车对刚度与强度的要求，使用5mm以上中厚板材的Q235B虽然可以达到使用要求，但其整体重量将显著增加，难以达到控制重量的要求，因此选用低合金钢是比较合适的选择。 在众多不同牌号的低合金钢中，理想的选择是Q345B， Q345B的化学成分为：C0.20，Mn 1.70，Si0.50，P0.035，S0.035；，屈服点:345Mpa,抗拉强度:470-630Mpa，伸长率控制
24、在21%，并且进行20下的冲击试验以验证韧性指标。其综合性能良好，低温性能有保证，塑性好，同时适宜大面积焊接。在外层加固的装置选材上，由于内层已经具备整体密封能力，在外层可通过进行结构优化设计，使用较少的材料进行再加固。因此考虑性价比,安全，加工等各方面可以选用中厚板材的碳素钢Q235B，虽相对重量有所上升，但整体使用量较少，依然可以实现预定设计要求。2）确立假设选择的电池规格。电动汽车的电池装量采用电池的串联，并联或混联方式实现多种配置，72V 120AH,72V 200AH是较常见的配置。选用2个电池组进行固定装置的设计，针对其他电池容量的设计可以在此基础上进行修改，设计思路保持一致。每个
25、电池组的尺寸确定为 315*200*115（mm）。3）内层固定装置的具体设计 在固定箱的底部需要加装部分减振降噪装置，因此在底部要预留出足够空间。在常用的隔振材料中，空气弹簧过于高档，不具备实际应用性。采用橡胶与金属弹簧相结合的方式是合适的选择，橡胶可以用于高频振动的积极和消极隔振，金属弹簧承载能力大，变形量大。两者配合可以增大阻尼，成为良好的承压型减器。需要注意的是要给橡胶留出膨胀空间，因此在固定箱的底部可以焊接与其宽度相德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文等的支撑板。前部，中部，后部各一个。尺寸为505*36*4.0 /Q345B 热轧钢板。图中虚线处即为3条减振支
26、撑板。焊接方式为角焊（高度3mm, 5段，间距60mm）。 组合减振装置样式常用的支柱式的橡胶体结构。其高度为20mm，布满固定箱的底部，在减振装置的上面覆盖1.5mm厚的Q235A的薄板，非刚性连接，在其上进行电池直接固定装置的设计。图 3-3图 3-4图纸说明：1）图中板厚1.5mm为Q235A盖板， 尺寸： 505*325*1.5（mm） 德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文2）图中标示尺寸282.9mm为预设高度，预留了足够后续空间，在设计过程中会对此高度尺寸重新校核修正。3）标注为43.5mm 的为同底部构造一致的组合减振装置，在底部布设减振装置后，对侧面同样要
27、进行对晃动，水平移动进行过滤，维持电池的平稳。对电池进行有效固定的最主要装置为底部的固定角铁和上层压框。每个电池组在底部布置4根固定角钢，在纵向上布置全尺寸的2根角钢即尺寸为40*40*4.0*315的角钢，实现对电池纵向的全部包裹。在横向位置布置的是2根局部尺寸的角钢，其尺寸为40*40*4.0*88，实现在横向位置的固定。在焊接前，对每根角钢进行适度打磨处理，使其粗糙度尽量降低，已消除在安装电池过程中安装间隙。由此在前后左右对每个电池组实现无间隙固定，两组角钢使用二氧化碳保护焊焊接在盖板上4）焊接要求：焊角高度4.0，连续焊接，每处角钢焊接4处。在对电池底部进行有效固定后，进行对电池顶部的
28、固定。底部采用的是焊接固定，每组固定角钢不会出现相对盖板的运动，而在对电池顶部的固定中，应考虑以下几个方面：1） 在日后对电池的日常使用维护与更换时，应满足快速拆卸，方便重装的要求。2） 依据紧固的原则，要在至少一个方向留出物理间隙，以满足零部件的膨胀与收缩，以及在允许范围内的变形。3） 在电池顶部需要安装其他附属电器支架，因此其上层的固定装置要求设计简便，并且要拥有足够的空间进行线路的布设。综上，对电池顶部的固定，设计如下图 3-5德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 3-6设计说明：1） 材料选取为40*40*4.0角钢。其中尺寸40*40*4.0*315角钢6件，
29、尺寸40*40*4.0*505角钢 2件。2） 在左右外侧的2件角钢上钻孔配焊螺母，螺母选用六角法兰面锁紧螺母。内层通过锥形锁紧垫圈和螺母配合将上层压框与外部箱体进行连接，外层使用高轻度螺栓专用垫圈。 规格螺纹大径d1为11mm,材料为刚，b700MPa。锥形锁紧垫圈：圆周上有许多翘齿、刺压在支乘面上，能及其可靠的阻止紧固件松动，弹力均匀，防松效果良好，但不宜用于材质较软的部位。图 3-7德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文3） 在平面图和立体图中，自左至右的6件纵向角钢分别为：左连接角钢，左固定角钢1，左固定角钢2，右固定角钢1，右固定角钢2，右连接角钢。左右的各两件固
30、定角钢与对应的底部角钢相配合，实现对一个电池组的完全固定。上层压框设计为一个整体，同时对2个电池组的底部进行串联固定，再通过左右连接角钢完成电池组与外部固定箱的固定，四周的减振装置和底部的减振装置与盖板同外部固定箱进行非刚性连接，这样在整个电池组的底部与顶部，前面与后面分别进行了箱内固定和与箱体的连接固定。4) 上层压框的焊接要求：外侧四个连接角处严格进行外部焊接，焊接可靠，无虚焊，漏焊。焊缝平整光滑，焊后进行磨光处理，去除毛尖，刺锐，保证无焊渣焊瘤，以免影响在箱内的装配。焊后进行喷塑处理，颜色为棕色（棕色是工业喷塑常用色，色泽区分度好）。5）公差配合要求：上层压框的每组角钢间距执行上偏差方式
31、，公差为200（.5），左右连接角钢公差执行505（），角钢切割尺寸公差执行公差3151连接角钢钻孔示意图:图 3-8德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文 图 3-96）对螺孔的加工要求：螺孔在下料之后进行加工，公差要求：10（+0.3/+0），粗糙度不大于6.3三个加工孔在不在同一直线上，中间的加工孔距离为25mm，两侧的加工孔距离为20mm,这样三个加工孔在平面上构成三角形，更利于固定的稳定性。连接角钢与箱体的连接示意图：图 3-107）电池固定密封箱的设计根据上文材料选取确定为Q345B低合金钢，板厚4mm。其总体设计思路是对内层电源固定装置及下文的内层的电器设备固
32、定装置进行密封，因此其尺寸与轮廓就以内层固定装置尺寸为基础，进行设计连接密封。内层的上层压框与上层支架（即下文的电器设备固定装置）以及二层支架都固定箱有直接连接，因此在箱体左右两侧要配钻各个支架相应的固定孔，同时在前后封板上留出适当的通风孔，进行结构散热设计。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 3-11密封箱的两面侧面板与底板设计为一个整体，工艺路线：下料-钻孔-折弯-焊接边条。固定边条左右是与上盖通过螺丝进行固定，因此在固定边条上钻有4组连接孔。左右对称，在上盖上的钻孔尺寸与此相同，上盖板全部覆盖固定边条以密封整个箱体的顶部。前封板与后封板为单件设计，进行尺寸计算后
33、与两侧面板进行小电流二氧化碳焊合，焊丝直径1.0。后封板尺寸计算得: 505*362*4.0/Q345B低合金钢前封板尺寸计算得：505*278*4.0/Q345B 低合金钢在前封板电池高度位置钻4组小孔，孔径3.2，用于自然通风散热，保持电池密封箱的适宜适度。密封箱的整体设计示意图如下：图 3-12德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 3-138）外层固定框的设计分析 固定框不同于密封箱，主要功能是承载整个动力装置，通过与电池密封箱的固定，成为一个可移动的移动动力单元。其要与电动汽车底盘进行连接，因此其强度与韧性要足够大，要有足够大面积的支撑座与接触面。同时其设计要力
34、求简单实用。另外最外层固定装置，要面对各种环境，尤其是金属锈蚀的影响。所以对其进行特殊的防锈处理不可或缺。既美观又实用的方法是镀锌处理，而热镀锌处理有比冷镀锌即电镀锌效果更好，因此进行热镀锌处理。外层固定框的设计示意图：图 3-14德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 3-15图 3-16承重梁的展开尺寸可套用U型梁的展开公式。1- 固定框竖梁： 40*40*4.0*492/角钢2- 固定框横梁： 40*40*4.0*547/角钢3- 承重梁拉板： 515*40*4.0/Q235B热轧钢板4 -承重梁: 978*40*4.0/Q235B热轧钢板固定框顶部的角钢进行切角处
35、理，角度45，两接触角钢进行拼焊成一对直角支撑梁。承重梁拉板与承重梁结合处进行两面角焊接，焊角高度3mm，焊接处6处，绝不允许漏焊，少焊。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文 图 3-17在横梁与竖梁上钻4组8*16的椭圆孔。椭圆孔可以在装配是留出更大的活动空间，消除局部加工变形带来的尺寸影响，同时在于汽车底盘进行组合后，可以进行安装调节，比圆孔有更好的安装灵活性。外层固定框的立体示意图：图 3-18德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文3.2 相关电器设备固定装置的分析设计1）上层支架的设计分析： 上层支架主要是电池管理系统硬件的载体，是电器设备固定
36、装置的一部分，电池管理系统包括温度监控，湿度监控，热平衡管理系统，电压电流监测测系统，电量监控等。对动力电池来讲，电池的温度与电压电流的合理控制是其正常工作的基础，需要实时进行监控。本部分设计思路是将管理系统固定支架置于电池上层压框的上部，两者跨越二层支架，间距在（150-170mm）。2）上层支架设计选用材料：在允许条件下，保持材料的通用，可以有效降低采购成本与加工难度，提高加工效率。材料为两类：1）40*40*4.0 30*30*3.0角钢 2）Q235B 热轧钢板，板厚为3mm和4mm两种。上层支架主要功能不是加固而是支撑，因此选用普通的垫片与螺母即可。螺母型号：普通六角金属螺母M8与M
37、4，配合平垫片使用。3）按照市场标准的电池管理系统集成盒构造，确立其相应的固定装置的结构与加工尺寸。 图 3-19市场上的一种电池管理系统德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文相应固定装置设计示意图如下：图 3-20图 3-211 上层支架连接支撑座 30*30*3.0*300 （mm）2 上层支架边梁 Q325B/502*36*4.0 (mm)3 中间压板 Q235B/442*50*4.0 (mm)4 左右连接支架 40*40*4.0*442 (mm)德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文5 管理系统固定座板 Q235B/74*16*3.0 (mm)上
38、层支架侧视图与B-B方向截面视图：图中8孔嵌入弹簧固定销。图 3-224）上层支架设计说明：图 3-23前后是两根边梁，与左右连接支架焊合组成基本框架。连接处采用连续焊接，焊接要求：无虚焊，漏焊，焊缝平整，两连接支撑座位置尺寸必须一致，以防整个框架装配后发生倾斜。焊后磨光处理，尤其不能有尖角毛刺，以防电荷聚集而产生尖端放电，对电池造成影响。在电池管理系统固定座下设置中间压板，一是对上方固定座支持，二是对底层框架拉紧加固,因此其公差走下偏差。在中间压板上是两根U型竖梁和一根支撑梁。U型梁使用折弯机成型。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文图 3-24其展开尺寸计算公式：长度
39、=（腹面长度+翼面长度*2）-4*板厚长度=64 mm 宽度=35 mm5）U型梁处的焊接具体方式如图：一件U型竖梁焊接3处：底部翼面2处，顶部翼面1处，连续角焊接。使用小焊接电流，避免焊接变形，保证上下平面平行，各个平面平行度控制在0.5以下。图 3-25德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文6）上层支架与固定箱的固定结构：固定箱壁焊接30*30*3.0 角钢进行配合固定，两角钢用螺栓连接，螺母M8，普通平垫片。连接机构图图如下图所示：图 3-26 这样，整个电池固定装置的内层固定装置设计完成，在内层固定设计装置的外面是一个整体的密封固定箱，将整个内层装置进行封闭保护，在
40、密封箱的外面是一个电池密封箱的固定框，用以在电动车底盘上固定整个电池装置，同时也作为电池固定装置的最外层保护加固装置。7） 上层支架装置在内层总成中装配效果如下图所示：图 3-27德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文8）电器设备固定装置之二层支架的分析设计 在对电源控制的电器设备中，电池管理系统是电池控制系统，而电池管理系统依靠的是各种传感器的信息监测与反馈。这包括电池温度传感器，电池环境湿度传感器，电压控制器，电流稳定控制器，电量报警器等设备。对这些传感器的固定设计思路是：在电池与电池管理系统之间进行放置，一是利于信号信息的采集，二是对电池管理系统起到间接保护的功用。同
41、时在二层支架上加装线扣，对从电源引出的各种线路分类捆扎固定，不仅便于日后维护检修，也可降低发生短路的肯能性。二层支架分上层与下层两部分设计。下层安装温度，湿度传感器。上层安装电压，电流控制器，电量报警器，并进行连接线路的固定。二层支架与密封箱的固定采用25*25*2.5方管与角铁的螺栓连接。下层设计图如下：图 3-28设计结构分析： 1）两件30*30*3.0的角钢构成下层左右支架2）前后为下层支架边梁，规格455*30*4.0/Q235B 热轧钢板3）下层支架座：展开尺寸74*38*4.0/Q235B 热轧钢板德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文上层设计图如下图所示：图
42、 3-29压线卡规格 ：Q235B 板厚0.5mm线卡固定板板 ：Q235B 板厚2.0mm中间支架座： 350*64*4.0/Q235B其他部件用料规格与下层支架一致。 二层支架三维效果图:图 3-30德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文这样，整个电池固定装置的内层固定装置设计完成，在内层固定设计装置的外面是一个整体的密封固定箱，将整个内层装置进行封闭保护，在密封箱的外面是一个电池密封箱的固定框，用以在电动车底盘上固定整个电池装置，同时也作为电池固定装置的最外层保护加固装置。包含有电源固定装置与电器设备固定装置的内层固定装置总成：图 3-31整套的动力输出固定装置结构设
43、计图如下:图 3-32德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文4 设计总结电动市场日益发展，在动力电池、电控系统、电动车车身等方面都有着持续的发展，对电动汽车的关键技术与重点设备都进行了深入研究。作为新生的交通工具，电动汽车很多的传统装置的设计与制造却一度被忽视，以至于在目前出现 的电动汽车事故中不乏此类装置出现问题。本文对电动汽车动力输出装置固定装置的总体设计内容是：1） 对电动市场的兴起与运行现状进行分析，在发现的诸多问题中确立本文的设计背景，设计需求。2） 对电动汽车的构造与特点进行分类介绍，重点是纯电动汽车的分析。3） 对目前电动汽车使用的电源进行结构分析，总结其对使
44、用的基本要求，明确设计要达到的目标。4） 分析设计所需的材料、工艺要求。对材料的基本物理特性进行阐述，并在设计中兼顾经济性与实用性要求。5） 设计电源固定装置。在电源固定装置中包含有2套电器设备固定装置，进行了单独分类设计6） 整个电源固定装置设计共包含3部分。第一部分：内层电源固定装置设计；第二部分：电源密封箱设计；第三部分：外层固定框的设计。7） 对2套电器设备固定装置进行设计。一套是上层支架，主要是对电池管理系统控制总线的固定；一套是二层支架，主要是对传感器与连接线路的固定。随着人们对电动市场的持续关注，电动行业制造检测标准不断完善，涉及电动汽车方方面面的内容技术都将不断发展进步，在对动
45、力输出固定装置设计制造方面也会逐步的有序合理。新的固定装置将会随着电源及电控系统的发展进行统筹设计与预先设计，根据电动汽车的使用用途确立使用型号，进而确立电源能量。这样就可以使电池的组合形式更加明确，对固定装置的设计将更有目的性，特别是电器设备的固定方面，通过对其安装空间及安装位置的先期确定，先行设计，进而在总体框架基础下进行具体电器设备的固定安装设计，从而使得整个固定装置更加的简捷有效，在安全性、使用性、经济性方面得到均衡发展。德州学院汽车工程 系 2011 届 交通运输专业 毕业论文参考文献：1陈全世.先进电动车技术M.北京:化学工业出版社,2013.2刘伟涛.电动汽车技术发展综述J.城市车辆,2003.3刘建华,电池安全性能的研究J.电源技术,2004.4陆勇.电动汽车高压电及碰撞安全性研究M.长沙:湖南大学出版社，2008.5万里江,宫广军.电动车带来汽车业新革命N.科技日报,2002.5李东江.现代汽车电气设备M.北京:机械工业出版社,2007.6濮良贵.机械设计M.北京:高等教育出版社,2001.7胡骅,宋慧.电动汽车M.北京:人民
