(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210706970.8 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 罗柽　张延松　白皓元　樊澹宁　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) H01M 50/244(2021.01) H01M 50/249(2021.01) H01M 50/207(2021.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种电动汽车电池壳框架横梁结构及设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种电动汽车电池壳框架横 梁结构及设计方法， 涉及新能源汽车应用领域， 包括以下步骤： 分析电动汽车动力电池壳框架结 构， 确定电池壳框架设计条件； 利用三维模型设 计、 载荷校核模型进行测试工况仿真， 确保电池 壳框架结构 满足设计条件； 确定电池壳框架横梁 轻量化拓 扑优化边界条件； 开展多工况下的横梁 拓扑优化结构设计； 针对优化后的横梁轻量化拓 扑优化结构， 进行电池壳框架的性能校核， 并判 断横梁拓扑结构是否满足电池壳框架的性能要 求， 如不满足则继续优化。 本发明基于电池壳框 架的力传递过程进行横梁结构拓扑优化设计， 获 得满足强度要求的电池包壳体横梁 轻量化结构， 实现电池包壳体质量减少， 拓展电池包在新能源 汽车等领域的应用。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115238372 A 2022.10.25 CN 115238372 A 1.一种电动汽车电池壳框架横梁结构设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： S101： 分析电动汽车动力电池壳框架结构， 确定所述电池壳框架设计条件； S103： 利用三维模型设计、 载荷校核模型进行测试工况仿真， 确保所述电池壳框架结构 满足所述设计条件； S105： 确定所述电池壳框架横梁轻量 化拓扑优化 边界条件； S107： 开展 多工况下的所述横梁拓扑优化结构设计； S109： 针对 优化后的所述横梁轻量 化拓扑优化结构， 进行 所述电池壳框架的性能校核； S111： 判断所述横梁拓扑结构是否满足所述电池壳框架的性能要求， 如不能满足所述 性能要求， 重复步骤S107 ‑S111。 2.如权力要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述S105步骤中的所述电池壳框架横梁 轻量化拓扑优化 边界条件 包括应力和应 变。 3.如权力要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述S107步骤中的所述多工况包括挤 压、 扭转、 侧挤和跌落工况， 所述横梁拓扑优化结构设计方法包括变密度法。 4.如权力要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述S111步骤中的所述电池壳体框架的 性能要求包括强度、 变形量和刚度。 5.一种电动汽车电池壳框架横梁结构， 其特征在于， 所述横梁结构应用如权利要求1 ‑4 中任意一项所述设计方法设计， 所述横梁结构包括： 横梁上边框和横梁下边框， 用于固定所述横梁结构， 并连接所述电池壳框架 的其它组 件； 肋条和加强筋， 用于提升所述横梁结构强度， 使所述横梁满足所述电池壳框架 的强度 要求； 槽， 包括开口槽、 圆槽、 异形槽和矩形槽， 所述槽根据力传递路径设计， 用于减少所述横 梁结构质量； 减薄区， 设置为在力传递路径中承受一定载荷的减重区域。 6.如权力要求5所述的横梁结构， 其特征在于， 所述横梁上边框、 所述横梁下边框的横 截面形状包括 直线、 曲线和折线。 7.如权力要求5所述的横梁结构， 其特征在于， 所述肋条、 所述加强筋 的横截面形状包 括工字形、 口字形和日字形。 8.如权力要求5所述的横梁结构， 其特征在于， 所述开口槽的横截面形状包括圆形、 方 形、 梯形和菱形。 9.如权力要求5所述的横梁结构， 其特征在于， 所述圆槽的横截面形状包括正圆和椭 圆。 10.如权力要求5所述的横梁结构， 其特征在于， 所述矩形槽的横截面形状包括正方形、 长方形、 梯形和菱形。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115238372 A 2一种电动汽车电池壳框架横梁结构及设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 新能源汽车应用领域， 尤其涉及一种电动汽车电池壳框架横梁结构及 设计方法。 背景技术 [0002]随着我国新能源汽车的快速发展， 电动化已成为汽车发展的主要趋势之一。 其中， 动力电池系统壳体作为新能源动力系统电池模块的承载体， 对电池模块的稳定工作和安全 防护起着关键作用， 在 满足强度、 刚度等承载性能要求的同时， 尽可能降低总重量以满足新 能源汽车电池包壳体轻量化的需求。 目前， 国内外整车制 造厂已专门开发了电动车底板平 台使电池系统布局， 其中对电池壳体的轻量化设计要求不断提高， 需要进一步开展电动汽 车电池壳体精细化设计。 [0003]动力电池包由壳体框架、 模组、 散热系统和控制系统组成。 由于散热系统与 控制系 统结构复杂， 轻量化难度大； 模组的重量由电芯决定， 直接影响电池的能量密度； 因此， 目前 电池包的轻量化工作集中于壳体框架的减重。 当前， 国内外研究学者对电池包壳体的优化 工作集中在形貌优化和尺 寸优化两部分， 提出模组布置、 电池包能量密度优化等方法， 但上 述方法对电池壳体框架的改变大、 应用难度高。 如能通过对电池包组成零部件的优化工作 来降低电池 包重量， 将能拓展新结构与方法在电池 包制造及新能源 汽车制造领域的应用。 [0004]因此， 本领域的技术人员致力于开发一种电动汽车电池壳框架横梁结构， 利用加 强筋、 空心槽等结构设计， 降低横梁结构及电池包的重量， 同时满足电池包强度要求， 获得 低成本、 高强度的轻量 化电池壳框架， 拓展电池 包在新能源 汽车等领域的应用。 发明内容 [0005]有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明所要解决的技术问题是如何通过合理的电池 包下壳体组成零件的结构优化设计， 利用加强筋等结构减少电池包下壳体横梁重量， 降低 下壳体框架总质量， 获得低成本、 轻量化的电动汽 车电池包， 拓展在新能源汽车等领用的应 用。 [0006]为实现上述目的， 本发明一方面提供了一种电动汽车电池壳框架横梁结构设计方 法， 所述方法包括以下步骤： [0007]S101： 分析电动汽车动力电池壳框架结构， 确定所述电池壳框架设计条件； [0008]S103： 利用三维模型设计、 载荷校核模型进行测试工况仿真， 确保所述电池壳框架 结构满足所述设计条件； [0009]S105： 确定所述电池壳框架横梁轻量 化拓扑优化 边界条件； [0010]S107： 开展 多工况下的所述横梁拓扑优化结构设计； [0011]S109： 针对优化后的所述横梁轻量化拓扑优化结构， 进行所述电池壳框架的性能 校核； [0012]S111： 判断所述横梁拓扑结构是否满足所述电池壳框架的性能要求， 如不能满足说　明　书 1/5 页 3 CN 115238372 A 3