动力电池是纯电动汽车唯一的能量来源,与汽车的动力性有关,其抗冲击结构关系着乘客的安全。电池箱作为动力电池的承载体,有保障电池安全的作用,其抗冲击结构也有保障乘客安全的作用。而电池箱属于质量较大的汽车零部件,能源消耗也比较大,因此对电池箱进行轻量化和抗冲击结构的研究显得尤为重要。因为纤维复合材料的质量轻、比模量大,而且比刚度和比强度都优于金属材料,使用复合材料取代金属材料对电池箱进行结构设计具有重要意义。本文首先分析了电池箱的承载特点,应用复合材料力学的基本理论以及复合材料结构设计的方法和原则,采用复合材料层合板对其承载梁和箱体结构进行设计分析。对比各种纤维和树脂的力学性能参数、强度与刚度,选择性价比高的HT3/5222碳纤维树脂基复合材料对电动汽车电池箱进行研究设计。以某企业的金属电池箱为原型,通过分析其结构刚度确定了复合材料电池箱的结构设计指标。其次,应用弹性力学的基本方程和复合材料力学的经典层合板理论,结合边界条件将电池箱的结构简化为简支梁和长板条进行力学分析,建立电池箱承载结构的挠度方程和一阶固有频率方程。以加强梁的挠度为优化目标,铺层角度和铺层数目为优化变量,综合成本考虑,采用数形结合的方法确定加强梁的铺层方案。再次,对上箱盖进行形貌优化,根据其受力特点建立大小相等、形状相同的五个加强筋,以加强筋的一阶固有频率为优化目标建立数学优化模型;以挠度为优化目标、一阶固有频率为约束条件建立下箱体的数学模型。设铺层角度、铺层总数为设计变量,采用遗传算法分别求解上箱盖和下箱体的最优变量。最后建立复合材料电池箱的有限元模型,在不同的载荷工况下对电池箱进行静力学和动力学分析,并将所设计的复合材料电池箱与金属电池箱的分析结果对比。从静力学角度分析,复合材料电池箱的变形量小于0.5mm,失效因子未超过1,满足电池箱的静强度性能要求;从动力学角度分析,通过模态分析计算出复合材料电池箱的一阶固有频率为44Hz,满足电池箱的振动要求,且复合材料电池箱的振动幅度比金属电池箱小,说明动刚度性能较好;复合材料电池箱在正面碰撞、侧面碰撞和后面碰撞三种载荷工况下的最大变形量未超过动态性能指标,最大加速度为2.08g满足碰撞性能要求。本研究针对电动汽车电池箱的轻量化和抗冲击结构设计问题,探讨了应用复合材料进行结构设计和优化的方法。结果表明:复合材料电池箱的刚度和强度都满足设计要求,并且都优于金属电池箱,重量更是减轻了67.98%,满足轻量化的设计需求。这为复合材料在汽车上的应用提供了借鉴。