CN107994149A - 混合结构电池包 - Google Patents

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陈修贤
何鹏
王盛琪
高烺
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Abstract

本发明公开了一种混合结构电池包。该混合结构电池包包括：框架，与车体和电池包主体相连，该框架的材料为铝合金挤出型材；下基板，与所述框架使用结构胶胶接在一起形成下基板总成，该下基板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；加强板，与所述下基板总成使用结构胶胶接在一起形成加强板总成，并与电池模组相连，该加强板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；隔框，为电池模组提供安装空间，该隔框的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；以及上盖板，与所述电池包下部总成连接，作为可拆卸口盖，该上盖板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂。该混合结构电池包能够有效减轻重量，增加电动车续航里程。

Description

混合结构电池包
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种混合结构电池包。
背景技术
随着电动汽车的发展，电动汽车给我们带来清洁环境的好处外，其自身的缺点也逐渐的暴露出来，其中之一就是“里程焦虑”，电动汽车里程较短已成为越来越多用户的痛点。当前解决电动汽车“里程焦虑”问题的方法主要有：降低车身重量，车身结构轻量化；推进电池技术进步，提高电池的能量密度；电池包结构轻量化，降低电池包结构重量。
当前在使用的电池包结构主要是由钢结构组成，部分电池包采用铝合金进行轻量化，但减重效率较低仅有30％左右，仍然不能满足电池包结构轻量化的需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理的混合结构电池包，该混合结构电池包能够有效减轻重量，增加电动车续航里程；碳纤维复合材料的疲劳性能更好，显著提高电池包的疲劳寿命；碳纤维复合材料耐腐蚀性能更好，更能适应车身底部潮湿环境；碳纤维复合材料阻尼较高，有效抵抗电池包内部结构的振动损伤。
为实现上述目的，本发明提供了一种混合结构电池包，该混合结构电池包包括：框架，与车体和电池包主体相连，该框架的材料为铝合金挤出型材；下基板，与所述框架使用结构胶胶接在一起形成下基板总成，该下基板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；加强板，与所述下基板总成使用结构胶胶接在一起形成加强板总成，并与电池模组相连，该加强板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；隔框，与所述加强板总成使用结构胶胶接在一起形成电池包下部总成，为电池模组提供安装空间，该隔框的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；以及上盖板，与所述电池包下部总成连接，作为可拆卸口盖，该上盖板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂。
优选地，上述技术方案中，框架的材料为6061铝合金挤出型材，热处理状态为T3。
优选地，上述技术方案中，上盖板、隔框、加强板和下基板的材料均300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％。
优选地，上述技术方案中，上盖板的铺层顺序为(0/90/0)；所述隔框的铺层顺序为(0/90/0/90/0)；所述加强板的铺层顺序为(0/90/0/0/90/0)；所述下基板的铺层顺序为(0/90/0/90/0)。
优选地，上述技术方案中，上盖板、隔框、加强板和下基板均为HP-RTM成型。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该混合结构电池包能够有效减轻重量，增加电动车续航里程；碳纤维复合材料的疲劳性能更好，显著提高电池包的疲劳寿命；碳纤维复合材料耐腐蚀性能更好，更能适应车身底部潮湿环境；碳纤维复合材料阻尼较高，有效抵抗电池包内部结构的振动损伤。
附图说明
图1为本发明的混合结构电池包的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的混合结构电池包的具体结构包括：上盖板1、隔框2、加强板3、下基板4和框架5，上盖板1是可拆卸口盖，隔框2为电池模组提供安装空间，加强板3与电池模组相连，下基板4维持电池包下部外形，框架5与车体和电池包主体相连。其中上盖板1、隔框2、加强板3和下基板4为碳纤维复合材料结构；框架5为铝合金结构。利用碳纤维复合材料集成化设计的优势，把原有金属结构集成到四个碳纤维复合材料零件和一个铝合金件，大量减少零件数量，节省了金属结构模具、工装、卡具等投入，降低了投资成本。
具体来讲，框架5与车体和电池包主体相连，承受车体传递的载荷，并对电池包进行支撑；框架5的材料为铝合金挤出型材，材料为6061，热处理状态为T3，壁厚3mm。
下基板4与框架5使用结构胶胶接在一起形成下基板总成，用于维持电池包下部外形，传递框架的受力；下基板4下基板的材料为300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％，铺层顺序为(0/90/0/90/0)。
加强板3与下基板总成使用结构胶胶接在一起形成加强板总成，并与电池模组相连，为隔框提供支撑，为对下基板进行加强；加强板的材料为300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％，铺层顺序为(0/90/0/0/90/0)，在与电池模组连接位置制φ7的孔。
隔框2与加强板总成使用结构胶胶接在一起形成电池包下部总成，为电池模组提供安装空间，其结构深度较深，满足电池模组对安装空间的要求；隔框的材料为300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％，铺层顺序为(0/90/0/90/0)。
上盖板1与电池包下部总成使用铆螺母装配形成碳纤维铝合金混合结构电池包。上盖板1为可拆卸口盖，方便电池包后续对电池模组的拆卸和维修，同时满足电池包密封要求。上盖板的材料为300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％，铺层顺序为(0/90/0)。
原理是：电池包装载在车体下部，内部为动力电池模组，需要满足各种环境及受力要求：主要有火烧、海水浸泡、湿热等环境要求和振动、机械冲击、跌落、翻转、挤压等受力要求。上盖板、下基板、隔框、加强板为电池包的主体部分，采用碳纤维复合材料可以有效的抵抗湿热和腐蚀；其铺层采用只有0°和90°的铺层，可以充分利用碳纤维复合材料各项异性的特点，沿着力的方向布置纤维，提高承载效率，同时承受振动、跌落、翻转载荷。铝合金框架布置在电池包外圈，受力较好，主要承受挤压、机械冲击的载荷。
优选的，上盖板1、隔框2、加强板3和下基板4均为HP-RTM成型。
具体制备方法如下：
取300g/㎡碳纤维单向布按照(0/90/0)铺层顺序制作上盖板预制体，把预制体放入模具，HP-RTM成型上盖板1；取300g/㎡碳纤维单向布按照(0/90/0/90/0)铺层顺序制作隔框预制体，把预制体放入模具，HP-RTM成型隔框2；取300g/㎡碳纤维单向布按照(0/90/0/0/90/0)铺层顺序制作加强板预制体，把预制体放入模具，HP-RTM成型加强板3；取300g/㎡碳纤维单向布按照(0/90/0/90/0)铺层顺序制作下基板预制体，把预制体放入模具，HP-RTM成型下基板4；按照铝合金型材截面，挤出铝合金型材，并拼成框架5。
框架5与下基板4使用结构胶胶接至一起形成下基板总成；下基板总成与加强板3使用结构胶胶接至一起形成加强板总成；加强板总成与隔框2使用结构胶胶接至一起形成电池包下部总成；电池包下部总成与上盖板1使用铆螺母装配形成碳纤维铝合金混合结构电池包。
本发明性能完全满足电池包国家标准《GBT 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分安全性要求与测试方法》要求。结构重量相比全钢结构减重56％，比全铝合金结构减重28％；零件个数相比全钢结构减少8个，相比全铝结构减少14个，见表1。
表1：全钢结构、全铝合金结构、本发明结构性能对比
碳纤维铝合金混合结构电池包重量轻，比全钢结构减重55％以上，比全铝合金结构减重25％以上，减重后，可以增加电池模组的重量，电池模组重量增加约3.5％～7％，因此汽车行程可增加3.5％～7％。复合材料结构防腐性能好，在汽车下部环境中使用寿命远远高于金属结构，同时节省了金属结构表面防护处理，降低表面处理时的环境污染。复合材料电池包模态较高，抗振动能力强，解决了金属结构振动破坏的问题。碳纤维铝合金混合结构电池包按照批产化工艺设计，生产工艺成熟，更适合批量生产。本发明经过优化设计，充分优化结构形式和碳纤维复合材料零件铺层。结构上采用外部一圈铝合金框架，内部结构为碳纤维复合材料，利用各自材料的受力特定，合理布置材料应用区域。复合材料结构充分考虑结构受力方向和受力大小，采用0°和90°铺层，并利用载荷在各个方向的大小，合理的调整0°和90°的铺层比例。材料浪费率更低，进一步降低产品制造成本。
综上，该混合结构电池包能够有效减轻重量，增加电动车续航里程；碳纤维复合材料的疲劳性能更好，显著提高电池包的疲劳寿命；碳纤维复合材料耐腐蚀性能更好，更能适应车身底部潮湿环境；碳纤维复合材料阻尼较高，有效抵抗电池包内部结构的振动损伤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种混合结构电池包，其特征在于，包括：
框架，与车体和电池包主体相连，该框架的材料为铝合金挤出型材；
下基板，与所述框架使用结构胶胶接在一起形成下基板总成，该下基板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；
加强板，与所述下基板总成使用结构胶胶接在一起形成加强板总成，并与电池模组相连，该加强板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；
隔框，与所述加强板总成使用结构胶胶接在一起形成电池包下部总成，为电池模组提供安装空间，该隔框的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂；以及
上盖板，与所述电池包下部总成连接，作为可拆卸口盖，该上盖板的材料为碳纤维单向布和聚氨酯树脂。
2.根据权利要求1所述的混合结构电池包，其特征在于，所述框架的材料为6061铝合金挤出型材，热处理状态为T3。
3.根据权利要求1所述的混合结构电池包，其特征在于，所述上盖板、隔框、加强板和下基板的材料均300g/㎡碳纤维单向布和聚氨酯树脂，纤维体积含量为50％。
4.根据权利要求3所述的混合结构电池包，其特征在于，所述上盖板的铺层顺序为(0/90/0)；所述隔框的铺层顺序为(0/90/0/90/0)；所述加强板的铺层顺序为(0/90/0/0/90/0)；所述下基板的铺层顺序为(0/90/0/90/0)。
5.根据权利要求1所述的混合结构电池包，其特征在于，所述上盖板、隔框、加强板和下基板均为HP-RTM成型。
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