快换电池箱及其锁止机构的设计与仿真分析

一、引言

    近年来随着国内汽车工业的飞速发展，中国的石油对外依存度逐年增长，在能源和环境领域面临着最为严峻的挑战。面对困难的局面，国家相继将新能源和新能源汽车列入战略性新兴产业加以重点扶持，电动汽车将进入快速发展时期，预计到2015年中国电动汽车保有量将超过50万辆。

    动力电池，作为动力来源无疑是电动汽车最根本的构成元素，也是影响电动汽车发展的关键因素。为推动电动汽车产业的发展，解决电动汽车续航能力、充电时间、电池不完全成熟的矛盾，国家电网公司提出了“换电为主、插充为辅”的发展战略，为实现该目标，国网公司要大力推动电池组的标准化，以标准电池箱的型式提供给客户使用，未来国家电网公司将成为最大的动力电池采购商，到2015年平均每年大约有40亿元的电池购置计划。

    电池箱锁止机构是为了保证车辆运行安全及满足电池箱通过换电机器人全自动快速更换的要求，本文对锁止机构在换电过程中出现的司题借助有限元软件进行分析，找出锁止机构损坏的原因，并对该锁止机构改进方案进行有限元分析。的设计仿真功能可以在锁止机构的优化设计中发挥重要作用。

二、快换电池箱性能要求及基本结构

    快换电池箱是电动汽车动力蓄电池系统的承载装置，包括装载蓄电池模组的抽出式电池箱体及锁定电池箱体的托架。抽出式电池箱体通过托架装载到电动汽车或充电架上，采用电池箱更换设备可以实现电池箱在电动汽车与充电架之间的快速更换，适用于侧向换电的城市公交及城际客车。

    1.性能要求

    快换电池箱整体性能方面  需要备防火、防水、防尘、防震、动力可靠传输和绝缘安全防护等；结构方面：要求结构简单、操作方便、使用安全，同时具备机械锁止机构，保证电池箱在车辆振动和频繁装卸的环境下长期可靠使用；电连接方面：快换电池箱的连接器要求采用强电与弱电分离的结构，具备承受外部载荷的浮动机械结构，确保使用过程中电气连接安全可靠；车辆振动方面：需按照QC/T413-2002《汽车电气设备基本技术条件》的标准方法，对纯电动汽车快换电池箱进行振动试验，如表1所示。

表1 振动试验条件

    2.基本结构

    快换电池箱主要包括电池箱、电池托架两部分。其中电池箱体为抽出式结构，由若干单体电池、电池管理系统、箱体及相关电气附件等组成；电池箱托架固定在电动汽车上，由导向承载轮、框架及相关定位附件组成；电池箱连接器实现电池箱与托架之间电气连接；推拉与锁止机构实现电池箱与托架之间推拉解锁与机械锁止，如图1与图2所示。