CN109920949A - 轻量化动力电池箱体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化动力电池箱体，包括非金属上盖（1）和电池下箱体（2），非金属上盖通过固定件罩盖在电池下箱体上，构成动力电池箱体，电池模组（3）固定在动力电池箱体内；电池下箱体包括非金属底座（21）、内部铝框架（22）和外部铝框架（23），非金属底座设置在外部铝框架上，并通过固定件固定，内部铝框架设置在非金属底座内，并通过固定件固定；电池模组通过内部铝框架固定在非金属底座内；非金属上盖和非金属底座为非金属材料制成。本发明能有效减轻电池箱体的重量，并且满足箱体的机械安全要求，解决箱体通过螺栓连接的气密性难题，攻克箱体电磁屏蔽性能难以保证的难题。

Description

轻量化动力电池箱体

技术领域

本发明涉及电动汽车动力电池领域，尤其涉及一种轻量化动力电池箱体。

背景技术

随着能源问题的日益严重，轻量化设计在电动汽车领域具有重要意义。汽车轻量化技术主要包括两方面：一是新型材料的开发应用，二是轻量化结构设计。动力电池箱体是新能源汽车电池的承载结构件，其重量占整个电池包的10 %左右，动力电池箱体的轻量化对整个电池包能量密度的提升具有重要意义。传统动力电池箱体大多采用钢、铝等金属材料，箱体重量大，成本高，耐腐蚀性差。目前，有些电池箱体开始采用高强度钢、镁铝合金等轻量化材料，但成本较高，且耐腐蚀性差。

玻璃纤维复合材料（以下简称SMC）作为一种成本较低、力学性能较好、使用温度范围广、耐化学腐蚀性好的非金属材料，在电池箱体上盖已经得到一些应用，这种用于整个电池防护与密封的覆盖件可由传统金属材料替换成非金属材料来实现电池箱体轻量化。但要应用于承载的箱体结构件，SMC必须与金属材料配合形成复合结构才能满足箱体的强度要求。目前，这种轻量化复合结构之间还无法实现有效连接，这种既能满足箱体的机械安全要求，又能通过箱体气密性及浸水试验的连接方式还很难实现。此外，现有技术中采用非金属SMC材料的电池箱体的电磁屏蔽性能无法有效保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻量化动力电池箱体，能有效减轻电池箱体的重量，并且满足箱体的机械安全要求，解决箱体通过螺栓连接的气密性难题，攻克箱体电磁屏蔽性能难以保证的难题。

本发明是这样实现的：

一种轻量化动力电池箱体，包括非金属上盖和电池下箱体，非金属上盖通过固定件罩盖在电池下箱体上，构成动力电池箱体，电池模组固定在动力电池箱体内；

所述的电池下箱体包括非金属底座、内部铝框架和外部铝框架，非金属底座设置在外部铝框架上，并通过固定件固定，内部铝框架设置在非金属底座内，并通过固定件固定；电池模组通过内部铝框架固定在非金属底座内；非金属上盖和非金属底座为非金属材料制成。

所述的非金属材料为SMC材料或碳纤维增强复合材料或碳玻混合复合材料或玄武岩纤维增强复合材料。

所述的外部铝框架包括底部铝框架及焊接在底部铝框架两侧的侧边吊耳，非金属底座的边缘处设有翻边，在非金属底座的翻边上设置固定件，使非金属底座通过翻边经固定件固定在侧边吊耳上。

所述的侧边吊耳上设有车身安装通孔，动力电池箱体通过固定件经车身安装通孔安装在汽车车身上。

所述的动力电池箱体中使用的所有固定件在法兰面上都自带密封胶。

所述的外部铝框架和非金属底座上设有螺接沉孔，且螺接沉孔处设有密封圈。

所述的非金属底座上设有装配接插件的通孔，通孔的侧壁粘结带有盲孔螺母的铝板，所述的铝板构造搭铁接地。

所述的动力电池箱体还包括密封环，密封环设置在非金属上盖与非金属底座之间。

所述的非金属上盖及非金属底座上设有铝箔层。

所述的内部铝框架的安装孔内嵌有钢圈，钢圈内有攻螺纹。

本发明通过非金属材料SMC的应用及箱体复合结构的设计，有效减轻了电池箱体的重量，并且满足箱体的机械安全要求，通过了海水浸泡、湿热循环、盐雾试验、阻燃性、温度冲击、机械冲击、机械振动、挤压测试等多项验证，并通过添加粘性密封圈、粘性螺栓、预埋螺母等密封方法，通过了箱体的气密性及浸水试验验证，解决了箱体通过螺栓连接的气密性难题；此外，箱体SMC材料整体或局部添加铝箔，并构建搭铁接地，攻克了行业内采用非金属材料的箱体电磁屏蔽性能难以保证的难题。本发明结构简单，成本较低，同时能降低模具的成本，缩短项目开发周期，提高项目开发效率。

附图说明

图1是本发明轻量化动力电池箱体的爆炸图；

图2是本发明轻量化动力电池箱体的非金属底座的结构示意图；

图3是本发明轻量化动力电池箱体的内部铝框架的结构示意图。

图中，1非金属上盖，2电池下箱体，21非金属底座，210翻边，211通孔，212铝板，22内部铝框架，221钢圈，222安装孔，23外部铝框架，231底部铝框架，232侧边吊耳，233车身安装通孔，24密封圈，3电池模组，4密封环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种轻量化动力电池箱体，包括非金属上盖1和电池下箱体2，非金属上盖1通过螺栓等固定件罩盖在电池下箱体2上，构成动力电池箱体，电池模组3固定在动力电池箱体内。所述的电池下箱体2包括非金属底座21、内部铝框架22和外部铝框架23，非金属底座21设置在外部铝框架23上，并通过固定件固定，内部铝框架22设置在非金属底座21内，并通过固定件固定；电池模组3通过内部铝框架22固定在非金属底座21内；非金属上盖1和非金属底座21为非金属材料制成，确保动力电池箱体的轻量化。优选的，非金属上盖1和非金属底座21可采用SMC材料或碳纤维增强复合材料或碳玻混合复合材料或玄武岩纤维增强复合材料等材料制成。

优选的，非金属底座21、内部铝框架22和外部铝框架23可通过外螺栓连接成一体，也可通过结构胶直接粘结成一体，并使其能通过箱体环境试验及机械安全测试验证：包括海水浸泡、湿热循环、盐雾试验、阻燃性、温度冲击、机械冲击、机械振动、挤压测试、气密性及浸水试验、电磁屏蔽等。

所述的外部铝框架23包括底部铝框架231及焊接在底部铝框架231两侧的侧边吊耳232，非金属底座21的边缘处设有翻边210，在非金属底座21的翻边210上固定设置拉铆螺母等固定件，使非金属底座21通过翻边210经拉铆螺母等固定件固定在侧边吊耳232上。在非金属底座21的翻边210上固定设置拉铆螺母的方式包括采用结构胶在翻边210的底部粘接螺母在翻边210上预埋螺母、采用台阶式拉铆螺母等其中一种或多种方法。

优选的，外部铝框架23的加工方法可采用机加工、铸铝、挤压成型等工艺，非金属底座21可采用模压成型，复合箱体的模具费约一百万元以下，开发周期约45天，而传统冲压板模具费至少几百万、开发周期60-75天，本发明大大降低了模具费，并且提升了项目开发效率。

所述的侧边吊耳232上设有车身安装通孔233，动力电池箱体通过螺栓等固定件经车身安装通孔233安装在汽车车身上，便于动力电池箱体的拆装。

所述的外部铝框架23和非金属底座21上设有螺接沉孔，且螺接沉孔处设有密封圈24，使外部铝框架23和非金属底座21能密封螺接，可加强动力电池箱体底部的气密性，优选的，密封圈24可采用单面或双面粘性密封泡棉。

请参见附图2，所述的非金属底座21上设有装配接插件的通孔211，可用于装配高压插接件、低压插接件、防爆阀等。优选的，所述的通孔211的侧壁可粘结带有盲孔螺母的铝板212，有效保证接插件装配的气密性，所述的铝板212可构建搭铁接地，有效保证高压接插件的局部电磁屏蔽性能。

所述的动力电池箱体中使用的所有固定件在法兰面上都自带密封胶，包括螺栓、外螺栓、拉铆螺母等，可进一步确保动力电池箱体的气密性。

所述的动力电池箱体还包括密封环4，密封环4设置在非金属上盖1与非金属底座21之间，螺栓依此穿过非金属上盖1、密封环4和非金属底座21将其固定，使非金属上盖1与电池下箱体2之间具有较好的密闭性。

所述的非金属上盖1及非金属底座21上设有铝箔层，有效保证箱体整体的电磁屏蔽性能，优选的，铝箔层涂覆在SMC的内表面。

请参见附图3，所述的内部铝框架22的安装孔222内嵌有钢圈221，钢圈221为内设攻螺纹的套筒螺母，可用于连接外部铝框架23、非金属底座21和内部铝框架22。

本发明采用了SMC非金属材料及箱体复合结构的设计，内部铝框架22用于固定电池模组3及其它零件，外部铝框架23用于固定整个动力电池箱体，通过多轮结构优化、仿真分析及拓扑优化，在满足箱体机械安全要求的前提下，大大减轻了动力电池箱体的重量，箱体总重24.8kg，与同尺寸铝型材箱体26.6kg相比，重量下降约6%，与同尺寸铸铝箱体28.8kg相比，重量下降约13%，具有较大的重量优势，有利于增加电动汽车的续航里程。同时，采用成本较低的SMC材料，箱体单件成本约1200元，与铸铝箱体单件成本相当，与铝型材箱体1300元的单件成本相比，成本下降约7%，因此，本发明箱体的成本优势较大。

本发明还通过在外部铝框架23与非金属底座21之间设置不易变形的粘性密封圈24，采用法兰面自带密封胶的螺栓、拉铆螺母等密封方法，实现对整个动力电池箱体的有效密封，可通过海水浸泡、湿热循环、盐雾试验、阻燃性、温度冲击、机械冲击、机械振动、挤压测试、气密性及浸水试验、电磁屏蔽等多项验证。本发明通过在非金属底座21上安装接插件的通孔211的侧壁粘结带有盲孔螺母的铝板212，有效保证接插件的装配气密性，并且铝板构建搭铁接地，有效保证高压接插件的局部电磁屏蔽性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化动力电池箱体，包括非金属上盖（1）和电池下箱体（2），非金属上盖（1）通过固定件罩盖在电池下箱体（2）上，构成动力电池箱体，电池模组（3）固定在动力电池箱体内；

其特征是：所述的电池下箱体（2）包括非金属底座（21）、内部铝框架（22）和外部铝框架（23），非金属底座（21）设置在外部铝框架（23）上，并通过固定件固定，内部铝框架（22）设置在非金属底座（21）内，并通过固定件固定；电池模组（3）通过内部铝框架（22）固定在非金属底座（21）内；非金属上盖（1）和非金属底座（21）为非金属材料制成。

2.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的非金属材料为SMC材料或碳纤维增强复合材料或碳玻混合复合材料或玄武岩纤维增强复合材料。

3.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的外部铝框架（23）包括底部铝框架（231）及焊接在底部铝框架（231）两侧的侧边吊耳（232），非金属底座（21）的边缘处设有翻边（210），在非金属底座（21）的翻边（210）上设置固定件，使非金属底座（21）通过翻边（210）经固定件固定在侧边吊耳（232）上。

4.根据权利要求3所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的侧边吊耳（232）上设有车身安装通孔（233），动力电池箱体通过固定件经车身安装通孔（233）安装在汽车车身上。

5.根据权利要求1或3或4所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的动力电池箱体中使用的所有固定件在法兰面上都自带密封胶。

6.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的外部铝框架（23）和非金属底座（21）上设有螺接沉孔，且螺接沉孔处设有密封圈（24）。

7.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的非金属底座（21）上设有装配接插件的通孔（211），通孔（211）的侧壁粘结带有盲孔螺母的铝板（212），所述的铝板（212）构建搭铁接地。

8.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的动力电池箱体还包括密封环（4），密封环（4）设置在非金属上盖（1）与非金属底座（21）之间。

9.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的非金属上盖（1）及非金属底座（21）上设有铝箔层（5）。

10.根据权利要求1所述的轻量化动力电池箱体，其特征是：所述的内部铝框架（22）的安装孔（222）内设有钢圈（221），钢圈（221）内有攻螺纹。