CN108847465B - 一种电动车电池组箱体轻量化结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动车电池组箱体轻量化结构，包括上盖板总成(110)、3D打印轻量化箱体总成(120)、底端托架总成(130)、吊装管柱(140)；其中，上盖板总成(110)位于3D打印轻量化箱体总成(120)上方，采用结构胶配合螺栓紧固安装；底端托架总成(130)位于3D打印轻量化箱体总成(120)底部，采用结构胶嵌合安装；电池组放置于电池组箱体总成(100)留有的空间间隔内；吊装管柱(140)穿过3D打印轻量化箱体总成(120)、上盖板总成(110)、底端托架总成(130)预留孔位，并通过吊装管柱(140)作为安装点吊装于车身底部。本发明电池包质量减轻，用ABS壳体代替了钢材壳体，在保证各方面性能的前提下，使得电池包整体质量得到减轻。

Description

一种电动车电池组箱体轻量化结构

技术领域

本发明涉及电动车电池组箱体轻量化设计领域，尤其涉及一种电动车电池组箱体轻量化结构及其设计方法。

背景技术

目前，以电动车以代表的新能源汽车产业正在国内蓬勃发展，电池包是电动车型的核心零部件。目前为提升纯电动车的续航能力，需要增大电池的输出功率等电性能参量，往往导致采用的电池模块的数量众多、体积大，导致车辆质量增大，而这又不利于其续航能力的提升。基于此，迫切需要对承载电池模块系列的壳体进行大规模的减重以满足整个电池包总成的轻量化需求。目前国内传统上的电动车电池包壳体一般使用的是钢制壳体，质量沉重，大大增加了整车质量。因此，需要一种结构简单，刚强度高，轻量化及制造工艺要求较低的电动车用轻量化电池箱体，以满足当前新能源汽车发展要求。

发明内容

本发明提供一种电动车用轻量化3D打印电池箱结构，所述箱体包括高强度冲压钢板制底板，3D打印复合材料箱体和用于封闭箱体及检修的箱盖。

本发明的技术方案是提供一种电动车电池组箱体轻量化结构，包括上盖板总成、3D打印轻量化箱体总成、底端托架总成、吊装管柱；其中，上盖板总成位于3D打印轻量化箱体总成上方，采用结构胶配合螺栓紧固安装；底端托架总成位于3D打印轻量化箱体总成底部，采用结构胶嵌合安装。

电池组放置于电池组箱体总成留有的空间间隔内；吊装管柱穿过3D打印轻量化箱体总成、上盖板总成、底端托架总成预留孔位，并通过吊装管柱作为安装点吊装于车身底部；底端托架总成包括底托架、底托盖板、出气格栅；底托架位于底托盖板上方与其焊接成型，出气格栅位于底托盖板中部的底托盖板中间槽口，出气格栅焊接于底托盖板中间槽口。

进一步地，底托架为高强度冲压钢板，厚度1.0~1.5mm；底托盖板为薄壁钢板，厚度0.6~1.0mm。与底托架对位焊接，共同构成结构腔体。

进一步地， 3D打印轻量化箱体总成选择高强度空间八面体菱形填充结构或矩形网状填充结构中的任意一种或它们的组合。

进一步地，3D打印轻量化箱体总成在打印实体过程中形成贯穿整个电池箱体的通风散热系统，包括通风散热管道口、通风散热管道和出气格栅；

进一步地，通风散热管道口位于3D打印轻量化箱体总成上表面，通风散热管道口在3D打印轻量化箱体总成内部延伸，并与3D打印轻量化箱体总成上底部交汇，最终汇聚于底托盖板中间槽口；冷风从3D打印轻量化箱体总成顶部的通风散热管道口进入经由底托盖板中间槽口从出气格栅排除。

进一步地，3D打印轻量化箱体总成上表面周圈边沿分布有胶槽；在胶槽内预卡装对应形状的密封胶条，然后上盖板对齐放置于3D打印轻量化箱体总成上表面，再将安装弹簧压板对齐放置于胶槽正上方，最后将安装螺丝拧入3D打印轻量化箱体总成。

本发明的有益效果是

1、利用高性能3D打印材料，通过3D打印技术构筑更符合空间承力的其他工艺无法制造的微观结构，以达到以最小质量获取足够的结构性能，达到轻量化的目的。

2、同时利用3D打印技术可完成任意结构成型的特点，更适应复杂的电池组的安装、散热、防护等功能的综合布局。有效提升空间利用率，利于电池箱体的轻量化。

3、根据电池组箱体各区域特色进行专门的材料应用，不仅仅局限于3D打印技术，强调整体的结构的实用效果。本发明是一种以3D打印技术为主的多材料学科的综合性电池组箱体成型构成方案。

根据某合作项目电池组箱体综合评估，原质量34kg,经本方案应用可减重14kg左右，综合减重比近40%。有研究表明，若整车减重10%，在整个行车寿命中燃油效率可提高6~8%，因此本发明在电动汽车日益增多的将来，具有广泛的应用空间，符合节能环保的趋势理念。

附图说明

图1是轻量化电池组箱体拆解图；

图2是底托板拆分示意图；

图3是3D打印箱体结构示意图及部分结构特征；

图4是负压风冷系统；

图5是3D打印微观空间八面体结构示意图；

图6是3D打印微观普通直角网格结构示意图；

图7是密封部件安装示意图。

其中：100—电池组箱体总成，110—上盖板总成，120—3D打印轻量化箱体总成，130—底端托架总成，140—吊装管柱，111—上盖板，112—安装螺丝，113—安装弹簧压板，114—密封胶条，121—3D打印减重镂空结构， 123—胶槽，124—通风散热管道口，125—通风散热管道，126—空间八面体填充结构，127—矩形网状填充结构，128—冷风，131—底托架，132—底托盖板，133—底托盖板中间槽口，134—出气格栅。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种电动车电池组箱体轻量化结构，包括上盖板总成110、3D打印轻量化箱体总成120、底端托架总成130、吊装管柱140；其中，上盖板总成110位于3D打印轻量化箱体总成120上方，采用结构胶配合螺栓紧固安装；底端托架总成130位于3D打印轻量化箱体总成120底部，采用结构胶嵌合安装。

实际装车时，电池组及其相关控制件，放置于电池组箱体总成100留有的空间间隔内。吊装管柱140穿过3D打印轻量化箱体总成120、上盖板总成110、底端托架总成130预留孔位， 将以上三层结构组合形成整体，最终通过吊装管柱140作为安装点吊装于车身底部。

如图2所示，底端托架总成130包括底托架131、底托盖板132、出气格栅134。底托架131位于底托盖板132上方与其焊接成型，出气格栅134位于底托盖板132中部的底托盖板中间槽口133，出气格栅134焊接于底托盖板中间槽口133。

底端托架总成130一方面作为电池组箱体总成100的最主要承力件；另一方面由于电池组箱体处于汽车底盘底部，在汽车快速行进中底盘存在异物溅射撞击，起到保护3D打印轻量化箱体总成120的作用。

其中底托架131为高强度冲压钢板，厚度1.0~1.5mm。是底端托架总成130主要受力件。同时其上分布采用数控加工点孔攻丝，构成主要的电池单元的安装生根点。

底托盖板132为薄壁钢板，厚度0.6~1.0mm，与底托架131对位焊接，共同构成结构腔体，增加部件强度，同时将电池单元安装用突出的螺栓端头遮盖，隔离电池箱外部空气粉尘进入。

出气格栅134 为薄壁钢板，具有条纹状细小空隙，可使空气自由出入，但遮挡大部分粉尘异物。

如图3所示，该实施例还描述了3D打印轻量化箱体总成120的部分特征或工艺特征。3D打印轻量化箱体总成120包括—3D打印减重镂空结构121， 胶槽123，通风散热管道125。

其中胶槽123主要分布在电池箱体上盖边沿以及通风散热管道口124边沿。与上盖板111共同构成3D打印轻量化箱体总成120上部封装，在图6具体说明。以下为3D打印减重镂空结构121，通风散热管道125的详细说明：

3D打印轻量化箱体总成120采用3D打印工艺一次性加工成型。其工艺特色主要体现于以下三点。

第一、打印件内部为中空的微观结构，密度小，强度高；可根据受力情况匹配不同密度或强度的内部微观结构；均衡强度与重量两个对立点。如图5所示，为两种密度及结构的3D打印微观结构。其一为空间八面体菱形填充结构126，具有均衡的各向力学性能。其二为矩形网状填充结构127，具有水平方向的优秀性能，并且具有更低的密度。在该实施例中3D打印轻量化箱体总成120底部可主要采用高强度空间八面体菱形填充结构126，往上逐步转化为矩形网状填充结构127。

第二、可根据3D打印轻量化箱体总成120各区域功能要求及力学性能要求设计3D打印减重镂空结构121。3D打印减重镂空结构121是根据产品模型进行计算机仿真拓扑优化后的综合性辅助设计，其实质是对非重要区域进行镂空设计，达到减重效果。

第三、3D打印技术相对其他成型工艺模式，对结构设计几乎不存在限制。因此可在打印实体进一步设计形成中空的通风散热管道口124；在电池箱体结构设计中，该通风散热管道口124可供气流自由穿行于电池箱体起到散热作业，同时也可作为电池箱体轻量化结构的一部分。

如图4所述，负压风冷系统依据进行具体说明：在传统的钢板电池组箱体，散热系统一般采用铺设水冷管道进行或仅将电池单元安装支架作为热传导媒介，进行电池组箱体的热传导表面冷却。前者需要增加额外部件，实施成本高，增加电池组重量。后者散热效果差，安全性能低，长期高温可能降低电池单元使用寿命。

在该实施例中，以3D打印技术为基础构筑一套贯穿整个电池箱体的通风散热系统。其主要构成有通风散热管道口124、通风散热管道125和出气格栅134。

通风散热管道口124位于3D打印轻量化箱体总成120上表面，通风散热管道口124在3D打印轻量化箱体总成120内部延伸，并与3D打印轻量化箱体总成120上底部交汇。最终汇聚于底托盖板中间槽口133。冷风128从3D打印轻量化箱体总成120顶部的通风散热管道口124进入经由底托盖板中间槽口133从出气格栅134排除，带走热量,降低电池组内部温度。

冷风128驱动的力源于汽车在高速运动时电池箱体内部空气与外部空气形成速度差形成的负压，亦可在通风散热管道口124设置主动吸气风扇。

如图7所示，该实施例还对上盖板安装进行说明：上盖板111上安装螺丝112，安装弹簧压板113，密封胶条114。

在该实施例中，3D打印轻量化箱体总成120上表面周圈边沿及通风散热管道口124分布有胶槽123。首先在胶槽123内预卡装对应形状的密封胶条114，然后上盖板111对齐放置于3D打印轻量化箱体总成120上表面，再将安装弹簧压板113对齐放置于胶槽123正上方，最后将安装螺丝112拧入3D打印轻量化箱体总成120，螺丝预紧将透过弹簧压板113均匀挤压上盖板111，直至密封胶条114完全压缩，上盖板111紧贴3D打印轻量化箱体总成120上表面，完成密封防尘防水。

Claims (3)

1.一种电动车电池组箱体轻量化结构，包括上盖板总成（110）、3D打印轻量化箱体总成（120）、底端托架总成（130）、吊装管柱（140）；其中，上盖板总成（110）位于3D打印轻量化箱体总成（120）上方，采用结构胶配合螺栓紧固安装；底端托架总成（130）位于3D打印轻量化箱体总成（120）底部，采用结构胶嵌合安装；

电池组放置于电池组箱体总成（100）留有的空间间隔内；吊装管柱（140）穿过3D打印轻量化箱体总成（120）、上盖板总成（110）、底端托架总成（130）预留孔位，并通过吊装管柱（140）作为安装点吊装于车身底部；底端托架总成（130）包括底托架（131）、底托盖板（132）、出气格栅（134）；底托架（131）位于底托盖板（132）上方与其焊接成型，出气格栅（134）位于底托盖板（132）中部的底托盖板中间槽口（133），出气格栅（134）焊接于底托盖板中间槽口（133）;

3D打印轻量化箱体总成（120）在打印实体过程中形成贯穿整个电池箱体的通风散热系统，包括通风散热管道口（124）、通风散热管道（125）和出气格栅（134）；

通风散热管道口（124）位于3D打印轻量化箱体总成（120）上表面，通风散热管道口（124）在3D打印轻量化箱体总成（120）内部延伸，并与3D打印轻量化箱体总成（120）上底部交汇，最终汇聚于底托盖板中间槽口（133）；冷风（128）从3D打印轻量化箱体总成（120）顶部的通风散热管道口（124）进入经由底托盖板中间槽口（133）从出气格栅（134）排除；

3D打印轻量化箱体总成（120）上表面周圈边沿分布有胶槽（123）；在胶槽（123）内预卡装对应形状的密封胶条（114），然后上盖板（111）对齐放置于3D打印轻量化箱体总成（120）上表面，再将安装弹簧压板（113）对齐放置于胶槽（123）正上方，最后将安装螺丝（112）拧入3D打印轻量化箱体总成（120）。

2.根据权利要求1所述的电动车电池组箱体轻量化结构，其特征在于：底托架（131）为高强度冲压钢板，厚度1.0~1.5mm；底托盖板（132）为薄壁钢板，厚度0.6~1.0mm，与底托架（131）对位焊接，共同构成结构腔体。

3.根据权利要求1所述的电动车电池组箱体轻量化结构，其特征在于： 3D打印轻量化箱体总成（120）选择高强度空间八面体菱形填充结构（126）和矩形网状填充结构（127）中的任意一种或它们的组合。

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