CN109742278B - 一种带有层级结构的电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有层级结构的电池装置，包括电池及用于容置电池的电池箱；电池箱包括分别设置于所述电池箱两侧的侧壁以及设置于所述电池箱底部的上下底板；侧壁与上下底板围成一电池安装位，用于容置电池；侧壁包括设置于内侧的第一面板及设置于外侧的第二面板；第一面板面向电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且其所在平面与所述上下底板相互垂直；所述第一面板背向电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且具体为一向外弯曲的弧面；第二面板面向及背向电池安装位的两个侧面均为碳纤维板，且具体均为向外的弧面；第一面板及第二面板的内部均填充有纳米纤维填充物；应用本技术方案可以使电池装置的面对撞击时能够高效吸能。

Description

一种带有层级结构的电池装置

技术领域

本发明涉及汽车安全领域，具体是指一种带有层级结构的电池装置。

背景技术

随着近几年电动车的飞速发展，越来越多的电动车涌现出来，成为人们一种新型便利的交通工具，然而在复杂的交通环境中，不可避免的会发生交通事故，给人们的生命安全造成威胁的同时带来不同程度的财产损失。电动车相对于燃油车而言，不仅需要考虑碰撞中对乘员的保护，还要考虑电动车所独有的电池安全的相关问题。然而，传统的电池箱主要由钣金冲压制成，结构简易，缺少必要的吸能，缓冲等框架结构。当事故发生时，传统电池箱对电池不能很好的起到吸能和保护的作用，尤其车辆在高速的状态下，导致电池承受大量冲击能量引发短路爆炸等危害，对乘员生命安全造成严重威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有层级结构的电池装置，使电池装置的面对撞击时能够高效吸能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有层级结构的电池装置，包括电池及用于容置电池的电池箱；所述电池箱包括分别设置于所述电池箱两侧的侧壁以及设置于所述电池箱底部的上下底板，还有设置于所述电池箱前后的前箱盖、后箱盖；所述侧壁与上下底板、前箱盖、后箱盖围成一电池安装位，用于容置电池；

所述侧壁包括设置于内侧的第一面板及设置于外侧的第二面板；所述第一面板面向所述电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且其所在平面与所述上下底板相互垂直；所述第一面板背向所述电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且具体为一向外弯曲的弧面；所述第二面板面向及背向所述电池安装位的两个侧面均为碳纤维板，且具体均为向外的弧面；所述第一面板及第二面板的内部均填充有纳米纤维填充物；

所述上下底板具体由两块碳纤维板及设置于两块碳纤维板中间的钢制刨丝器板层叠形成；所述碳纤维板由碳纤维编织制得；

所述电池装置还包括设置于所述上下底板与第一面板连接的直角处的第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级；所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级具体沿所述电池箱长度方向设置，且沿垂直于长度方向的截面为正方形截面；所述第一方形层级相邻的两个面分别抵接所述第一面板及上下底板，所述第二方形层级相邻的两个面分别抵接所述第一面板及第一方形层级，所述第三方形层级相邻的两个面分别抵接所述上下底板及第一方形层级；

所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级的直角顶角处设置有三个小型方形层级，所述小型方形层级的结构与第一方形层级的结构相同但体积小于第一方形层级的体积；三个所述的小型方形层级的排列方式与所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级在所述上下底板与第一面板连接的直角处的排列方式相同；

每个所述的小型方形层级的直角顶角处还设置有三个更小型方形层级；所述更小型方形层级的结构与第一方形层级的结构相同但体积小于所述小型方形层级；三个所述的更小型方形层级的排列方式与所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级在所述上下底板与第一面板连接的直角处的排列方式相同。

在一较佳的实施例中，所述第一方形层级、第二方形层级、第三方形层级、小型方形层级及更小型方形层级均由铝合金制得。

在一较佳的实施例中，所述纳米纤维填充物由轻质碳纤维丝与环氧树脂复合材料制成，所述纳米纤维填充物在所述环氧树脂复合材料中随机排布。

在一较佳的实施例中，填充所述第一面板的纳米纤维填充物的密度高于填充所述第二面板的纳米纤维填充物的密度。

在一较佳的实施例中，所述纳米纤维填充物内添加有填充型阻燃剂。

在一较佳的实施例中，所述填充型阻燃剂具体为氢氧化镁阻燃剂。

在一较佳的实施例中，所述钢制刨丝器板上分布有多个刨丝器开口；所述刨丝器开口均朝向同一个方向；所述钢制刨丝器板的侧面投影为一波浪型线段。

在一较佳的实施例中，所述电池安装位内设置有用于安装电池管理系统电路板及散热风扇的第一安装位置、第二安装位置，以及用于安装所述电池的电池安装架。

本发明还提供了一种用于电动车的带有层级结构的电池装置，采用了上述的一种带有层级结构的电池装置，所述刨丝器开口均朝向所述电动车行驶的方向。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.提供良好的耐撞性和吸能性。

碳纤维和铝合金都具有良好的耐撞性和吸能性，碳纤维的抗拉伸性能相对突出，而与之对应的铝合金材料具有良好的抗压性能，因此两种材料的结合能够起到优势互补，相辅相成的作用。同时方形层级内壁结构在面外的冲击工况下吸收大量的能量并具有良好的耐撞性，能够将冲击带来的巨大能量，通过压溃等变形模式吸收能量，有效保护电池内部组件的安全，形成电池在汽车正面碰撞工况下最主要的防御结构。并且，第一面板及第二面板的弧面结构有利于提高结构的耐撞稳定性，由于汽车发生侧面碰撞时，汽车缺少必要的吸能结构和吸能空间，因此第一面板及第二面板的弧面结构的设计能够有效提高电池箱的空间和吸能距离。而且，纳米纤维填充物夹心外部的密度较小，内部的密度较大，以此来降低碰撞初期产生的冲击加速度。此外，电池箱底部的钢制刨丝器结构的设计用于破坏路面尖端，仿照锯子的工作原理，通过破坏冲击物来保护自身的结构，尽可能增大电池箱在发生冲击碰撞后的内部空间，刨丝器开口朝向汽车行驶的方向。

2.有助于提升电池箱的散热性和安全性。

纳米纤维填充物有良好的透气性与抗压性与阻燃剂结合后可以提升填充材料的耐热性。碳纤维具有良好的导热性可以配合层级方形多胞内壁以及散热风扇能够快速将电池在工作中的产生的热量导出，提升电池箱的散热性。

3.具有良好的稳定性以及轻量化特点。

电池箱采用的碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右。采用这种材料增强了电池箱体的稳定性。并且，方形层级内壁在排列方式使其在面外和面内具有良好的耐撞性，这种多胞结构既能节省材料又能保证结构的稳定性，实现轻量化。阻燃剂能帮助提高合成材料的抗火性能，充分发挥纳米纤维填充物的填充作用。同时碳纤维，纳米纤维填充物，铝合金具有很高的比性能，可达到轻量化的目的。

4.装配简单方便，可持续使用性高。

本发明提供了一种带有层级结构的电池箱，其各部件装配方便快捷，整体上避免了复杂的装配方式和机械构造。三明治结构的碳纤维外板具有强度高，在非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好等特点，可提高电池箱的使用寿命。此外，铝合金层级方形内壁和加强肋结构同样具有良好的强度和耐腐蚀性，能有效提高电池箱的可持续使用性。

附图说明

图1为本发明优选实施例中电池箱的外部结构示意图；

图2为本发明优选实施例中电池箱的内部结构示意图；

图3为本发明优选实施例中电池箱的内部结构正视图；

图4为本发明优选实施例中电池箱的内部结构正视图的局部放大示意图；

图5为本发明优选实施例中电池箱的内部结构的剖面示意图；

图6为本发明优选实施例中电池箱的内部结构的剖面示意图的局部放大示意图；

图7为本发明优选实施例中上下底板的组成结构示意图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种用于电动车的带有层级结构的电池装置，采用了一种带有层级结构的电池装置；所述的一种带有层级结构的电池装置，包括电池及用于容置电池的电池箱；参考图1至2，所述电池箱包括分别设置于所述电池箱两侧的侧壁1以及设置于所述电池箱顶部及底部的上下底板2，还有设置于所述电池箱前后的前箱盖31、后箱盖32；所述侧壁1与上下底板2、前箱盖31、后箱盖32围成一电池安装位50，用于容置电池。

具体来说，参考图3、图5、图6，所述侧壁1包括设置于内侧的第一面板11及设置于外侧的第二面板12；所述第一面板11面向所述电池安装位50的侧面具体为碳纤维板，且其所在平面与所述上下底板2相互垂直；所述第一面板11背向所述电池安装位50的侧面具体为碳纤维板，且具体为一向外弯曲的弧面；所述第二面板12面向及背向所述电池安装位50的两个侧面均为碳纤维板，且具体均为向外的弧面；设置于所述第一面板11及第二面板12上的碳纤维板统称为第一碳纤维板13，具体结构参考图6,；碳纤维作为一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，具有耐腐蚀、模量高，密度低、比性能高等优点，总体而言相比传统钣金材料具有质量轻，吸能性更强，容易成型的特点，有效地提高了电池箱的整体吸能能力，有助于轻量化。弯曲弧面设计的第一面板11及第二面板12有利于提高结构的耐撞稳定性，由于汽车发生侧面碰撞时，汽车缺少必要的吸能结构和吸能空间，因此拱形外壁的设计能够有效提高电池箱的空间和吸能距离。

所述第一面板11及第二面板12的内部均填充有纳米纤维填充物，且填充所述第一面板11的纳米纤维填充物的密度高于填充所述第二面板12的纳米纤维填充物的密度。所述纳米纤维填充物由轻质碳纤维丝与环氧树脂复合材料制成，所述纳米纤维填充物在所述环氧树脂复合材料中随机排布。复合成型后，纤维丝在环氧树脂中是随机排布的，使得各个角度就具有很强的吸能能力，并且纤维丝之间相互交叉，互相交织在压缩过程中能够吸收更多的能量。碳纤维丝与环氧树脂结合后能够相辅相成，达到1+1>2的耐压吸能效果。总体而言相比铝质材料具有质量轻，吸能性更强，容易成型的特点，有效地提高了吸能装置的整体吸能能力，同时实现轻量化的目的。

并且所述纳米纤维填充物内添加有填充型阻燃剂。在本实施例中，所述填充型阻燃剂具体为氢氧化镁阻燃剂。氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂，通过受热分解时释放出水蒸气，吸收大量的热量，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成的氧化镁又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂。通过添加氢氧化镁阻燃剂能够在极端条件下抑制电池的燃烧，防止电池发生漏电爆炸。

具体来说，参考图7，所述上下底板2具体由两块第二碳纤维板21及设置于两块第二碳纤维板21中间的钢制刨丝器板22层叠形成；所述碳纤维板由碳纤维编织制得；所述钢制刨丝器板22上分布有多个刨丝器开口221；所述刨丝器开口221均朝向所述电动车行驶的方向；所述钢制刨丝器板22的侧面投影为一波浪型线段。钢制刨丝器板22用于防御在复杂工况下，路面的尖端对车底以及电池的伤害，波浪状的刨丝器底板是由两块碳纤维板以及钢制刨丝器结构的夹心。钢制刨丝器结构的设计用于破坏路面尖端，仿照锯子的工作原理，通过破坏冲击物来保护自身的结构，刨丝器开口221朝向汽车行驶的方向。波纹的设计是增加刨丝器的刚度和耐撞性，碳纤维板用于吸能和密封，防止泥土进入电池箱。

具体来说，参考图3至4，所述电池装置还包括设置于所述上下底板2与第一面板11连接的直角处的第一方形层级41、第二方形层级42及第三方形层级43；所述第一方形层级41、第二方形层级42及第三方形层级43具体沿所述电池箱长度方向设置，且沿垂直于长度方向的截面为正方形截面；所述第一方形层级41相邻的两个面分别抵接所述第一面板11及上下底板2，所述第二方形层级42相邻的两个面分别抵接所述第一面板11及第一方形层级41，所述第三方形层级43相邻的两个面分别抵接所述上下底板2及第一方形层级41。

更具体地，所述第一方形层级41、第二方形层级42及第三方形层级43的直角顶角处设置有三个小型方形层级40，所述小型方形层级40的结构与第一方形层级41的结构相同但体积小于第一方形层级41的体积；三个所述的小型方形层级40的排列方式与所述第一方形层级41、第二方形层级42及第三方形层级43在所述上下底板2与第一面板11连接的直角处的排列方式相同。

更具体地，每个所述的小型方形层级40的直角顶角处还设置有三个更小型方形层级；所述更小型方形层级的结构与第一方形层级41的结构相同但体积小于所述小型方形层级40；三个所述的更小型方形层级的排列方式与所述第一方形层级41、第二方形层级42及第三方形层级43在所述上下底板2与第一面板11连接的直角处的排列方式相同。以上述更小型方形层级的排列方式，每个所述的更小型方形层级里还设置有比更小型方形层级还小的方形层级，依次类推，具体是否深入设置依照具体使用情况判断，不能以方形层级设置的层数来限定本发明的保护范围。

在本实施例中，所述第一方形层级41、第二方形层级42、第三方形层级43、小型方形层级40及更小型方形层级均由铝合金制得。碳纤维和铝合金都具有良好的耐撞性和吸能性，碳纤维的抗拉伸性能相对突出，而与之对应的铝合金材料具有良好的抗压性能，因此两种材料的结合能够起到优势互补，相辅相成的作用。同时方形层级内壁结构在面外的冲击工况下吸收大量的能量并具有良好的耐撞性，能够将冲击带来的巨大能量，通过压溃等变形模式吸收能量，有效保护电池内部组件的安全，形成电池在汽车正面碰撞工况下最主要的防御结构。

具体来说，所述电池安装位50内设置有用于安装电池管理系统电路板及散热风扇的第一安装位置51、第二安装位置52，以及用于安装所述电池的电池安装架，并通过螺栓紧固连接，避免车辆在行驶过程中不必要的窜动而损害电池和电路板。前后通透的设计有利于提高电池箱的散热性。

本发明提供了一种带有层级结构的电池箱，其各部件装配方便快捷，整体上避免了复杂的装配方式和机械构造。三明治结构的碳纤维外板具有强度高，在非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好等特点，可提高电池箱的使用寿命。此外，铝合金层级方形内壁和加强肋结构同样具有良好的强度和耐腐蚀性，能有效提高电池箱的可持续使用性。纳米纤维填充物有良好的透气性与抗压性与阻燃剂结合后可以提升填充材料的耐热性。碳纤维具有良好的导热性可以配合层级方形多胞内壁以及散热风扇能够快速将电池在工作中的产生的热量导出，提升电池箱的散热性。电池箱采用的碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右。采用这种材料增强了电池箱体的稳定性。并且，方形层级内壁在排列方式使其在面外和面内具有良好的耐撞性，这种多胞结构既能节省材料又能保证结构的稳定性，实现轻量化。阻燃剂能帮助提高合成材料的抗火性能，充分发挥纳米纤维填充物的填充作用。同时碳纤维，纳米纤维填充物，铝合金具有很高的比性能，可达到轻量化的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种带有层级结构的电池装置，包括电池及用于容置电池的电池箱；其特征在于所述电池箱包括分别设置于所述电池箱两侧的侧壁以及设置于所述电池箱顶部及底部的上下底板，还有设置于所述电池箱前后的前箱盖、后箱盖；所述侧壁与上下底板、前箱盖、后箱盖围成一电池安装位，用于容置电池；

所述侧壁包括设置于内侧的第一面板及设置于外侧的第二面板；所述第一面板面向所述电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且其所在平面与所述上下底板相互垂直；所述第一面板背向所述电池安装位的侧面具体为碳纤维板，且具体为一向外弯曲的弧面；所述第二面板面向及背向所述电池安装位的两个侧面均为碳纤维板，且具体均为向外的弧面；所述第一面板及第二面板的内部均填充有纳米纤维填充物；

所述上下底板具体由两块碳纤维板及设置于两块碳纤维板中间的钢制刨丝器板层叠形成；所述碳纤维板由碳纤维编织制得；

所述电池装置还包括设置于所述上下底板与第一面板连接的直角处的第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级；所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级具体沿所述电池箱长度方向设置，且沿垂直于长度方向的截面为正方形截面；所述第一方形层级相邻的两个面分别抵接所述第一面板及上下底板，所述第二方形层级相邻的两个面分别抵接所述第一面板及第一方形层级，所述第三方形层级相邻的两个面分别抵接所述上下底板及第一方形层级；

所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级的直角顶角处设置有三个小型方形层级，所述小型方形层级的结构与第一方形层级的结构相同但体积小于第一方形层级的体积；三个所述的小型方形层级的排列方式与所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级在所述上下底板与第一面板连接的直角处的排列方式相同；

每个所述的小型方形层级的直角顶角处还设置有三个更小型方形层级；所述更小型方形层级的结构与第一方形层级的结构相同但体积小于所述小型方形层级；三个所述的更小型方形层级的排列方式与所述第一方形层级、第二方形层级及第三方形层级在所述上下底板与第一面板连接的直角处的排列方式相同；

所述钢制刨丝器板上分布有多个刨丝器开口；所述刨丝器开口均朝向同一个方向；所述钢制刨丝器板的侧面投影为一波浪型线段；

所述刨丝器开口均朝向所述电动车行驶的方向。

2.根据权利要求1所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，所述第一方形层级、第二方形层级、第三方形层级、小型方形层级及更小型方形层级均由铝合金制得。

3.根据权利要求1所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，所述纳米纤维填充物由轻质碳纤维丝与环氧树脂复合材料制成，所述纳米纤维填充物在所述环氧树脂复合材料中随机排布。

4.根据权利要求1所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，填充所述第一面板的纳米纤维填充物的密度高于填充所述第二面板的纳米纤维填充物的密度。

5.根据权利要求4所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，所述纳米纤维填充物内添加有填充型阻燃剂。

6.根据权利要求5所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，所述填充型阻燃剂具体为氢氧化镁阻燃剂。

7.根据权利要求1所述的一种带有层级结构的电池装置，其特征在于，所述电池安装位内设置有用于安装电池管理系统电路板及散热风扇的第一安装位置、第二安装位置，以及用于安装所述电池的电池安装架。

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