CN109950443A - 一种用于方程式赛车的动力电池箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于方程式赛车的动力电池箱，其技术方案要点是：一种用于方程式赛车的动力电池箱，包括箱体，所述箱体内设置有电池模组，所述电池模组连接有电池管理系统，所述电池管理系统连接有用于输出电池模组电能及对电池模组补充电能的动力输出连接器、CAN通讯线接头、低压通讯线接头，所述箱体外壳包括呈蜂窝状的蜂窝芯材、设置于蜂窝芯材两侧壁的蒙皮，所述蜂窝芯材与所述蒙皮之间设置有粘合剂。本发明达到有效减轻箱体的重量并提高箱体的强度。
Description
技术领域
本发明涉及方程式赛车领域，尤其涉及到一种用于方程式赛车的动力电池箱。
背景技术
随着“新能源经济”发展战略的提出，国内新能源汽车相关产业的发展突飞猛进，纯电动汽车自然是新能源汽车的发展代表之一。中国大学生电动方程式大赛(简称FSEC)，它是由高等院校汽车工程或相关专业在校生组队、每年通过亲手制造一辆赛车，来体验汽车设计、采购、制造、营销、调校、使用等环节、从而达到兼顾学习和实践目的的教育性赛事。在FSEC中，赛车核心的动力电池发展也显得尤为重要，伴随着电池技术的发展，电池箱的设计也成为新能源汽车发展的不可或缺的一部分。
动力电池箱体作为电池的载体，对电池的安全和防护起到至关重要的作用，所以其需要满足较高的机械性能、防火性能、绝缘性能等。对于民用车，特别是赛车来说，整车的轻量化非常重要。目前市面上绝大多数动力电池箱体都是由金属制成，虽满足了各个性能，但对其的轻量化却极大受限于材料本身的特性。
因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于方程式赛车的动力电池箱，达到有效减轻箱体的重量并提高箱体的强度。
本发明的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：一种用于方程式赛车的动力电池箱，包括箱体，所述箱体内设置有电池模组，所述电池模组连接有电池管理系统，所述电池管理系统连接有用于输出电池模组电能及对电池模组补充电能的动力输出连接器、CAN通讯线接头、低压通讯线接头，所述箱体外壳包括呈蜂窝状的蜂窝芯材、设置于蜂窝芯材两侧壁的蒙皮，所述蜂窝芯材与所述蒙皮之间设置有粘合剂。
本发明的进一步设置为：所述箱体内设置有电流传感器、高压绝缘继电器、预充继电器、熔断器、预充电阻、电压指示器。
本发明的进一步设置为：所述箱体外壳还连接有便于散热的百叶窗。
本发明的进一步设置为：所述箱体外壳设置有方便取放箱体的吊环。
本发明的进一步设置为：所述蒙皮为碳纤维蒙皮，密度为1500-1700kg/m3，所述蒙皮厚度为1.9-2.1mm；所述蜂窝芯材材质为铝合金或间位芳纶纤维。
本发明的进一步设置为：所述蜂窝芯材材质为铝合金时，其密度为49.6-97.6kg/m3，且蜂窝芯材厚度为2-4mm，其压缩强度为1.971-6.756MPa；所述蜂窝芯材材质为间位芳纶纤维时，其密度为64-96kg/m3，且蜂窝芯材厚度为3-5mm，其压缩强度为3.3-6.6MPa。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)通过呈蜂窝状的蜂窝芯材及两侧的蒙皮可以有效减小箱体的重量，并在满足强度的条件下，最大程度提高箱体的刚度；蒙皮密度为1500-1700kg/m3，厚度为1.9-2.1mm，用相对较优秀的铺层方案来达到箱体最佳的重量及箱体总体刚度的比例，即最佳的比刚度；
2)蜂窝芯材材质为铝合金时，其密度为49.6-97.6kg/m3，且蜂窝芯材厚度为2-4mm，其压缩强度为1.971-6.756MPa，在满足强度的条件下，达到达到箱体最佳的重量及箱体强度与刚度的比例；并且蜂窝芯材材质为间位芳纶纤维时，其密度为64-96kg/m3，且蜂窝芯材厚度为3-5mm，其压缩强度为3.3-6.6MPa，在满足强度的条件下，达到达到箱体最佳的重量及箱体强度与刚度的比例；
3)提高电池模组使用的寿命及安全性能；
4)通过百叶窗的材质与箱体外壳材质一致进一步减轻箱体重量；
5)碳纤维复合材料具有比强度高、比模量大、破损安全性好以及耐疲劳性能好等特点，将其应用在方程式赛车上不仅可减轻质量，还拥有抗冲击性能好的特点，使赛车的安全性得到提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是箱体内部结构示意图；
图3是箱体外壳结构示意图；
图4是三点弯曲实验示意图。
图中数字所表示的相应部件名称：1、箱体；2、吊环；3、电池模组；4、电池；5、CAN通讯线接头；6、低压通讯线接头；7、动力输出连接器；8、电压指示器；10、百叶窗；11、电流传感器；12、高压绝缘继电器；13、预充继电器；14、熔断器；15、预充电阻；16、蒙皮；17、蜂窝芯材；18、粘合剂；19、支座；20、压头。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，本发明提出的一种用于方程式赛车的动力电池箱，包括箱体1，箱体1内安装有电池模组3，为赛车的电机提供动力，电池模组3通过螺栓与箱体1连接。
电池模组3为电芯单体串联集合体，两端连接有主正端主负端动力线，主正端动力线电连接有电流传感器11，电流传感器11电连接有主正高压绝缘继电器12，主正高压绝缘继电器12并联有预充继电器13、预充电阻15、电压指示器8，同时主正高压绝缘继电器12串联有熔断器14，熔断器14连接有动力输出连接器7；主负动力线连接有主负高压绝缘继电器12，主负高压绝缘继电器12并联有电压指示器8，同时主负高压绝缘继电器12串联连接有动力输出连接器7，动力输出连接器7输出电池模组3电能，亦可对电池模组3补充电能。电池模组3电连接连接有电池管理系统4，电池管理系统4电连接有CAN通讯线接头5、低压通讯线接头6，CAN通讯线接头5电连接整车CAN通讯系统信息通讯；低压通讯线接头6电连接箱体1内部电子器件及外部低压电源。
为了满足赛事规则对电池箱体1各个方向能够承载足够加速度的载荷要求，同时减轻箱体1重量并提高箱体1强度与刚度，箱体1外壳设置为包括呈蜂窝状的蜂窝芯材17，在蜂窝芯材17两侧粘接有蒙皮16，蜂窝芯材17与蒙皮16之间通过粘合剂18进行固定，粘合剂18为光威6517a环氧树脂胶膜，其表面剪切强度为21.2MPa、表面撕裂强度为10.2MPa。同时，电池箱体1会通过3M DP460环氧树脂结构粘结剂粘接在车架的底板上，以此来和车架进行连接。
蜂窝芯材17可以选用铝合金材质的铝蜂窝或间位芳纶纤维制成的间位芳纶蜂窝，选用铝蜂窝，其密度为49.6-97.6kg/m3，且蜂窝芯材17厚度为2-4mm，其压缩强度为1.971-6.756MPa；选用间位芳纶蜂窝，其密度为64-96kg/m3，且蜂窝芯材17厚度为3-5mm，其压缩强度为3.3-6.6MPa。蒙皮16为碳纤维蒙皮，其单层主轴(0°)拉伸强度为2100MPa-2600MPa，密度为1500-1700kg/m3，蒙皮16厚度为1.9-2.1mm。通过呈蜂窝状的蜂窝芯材及两侧的蒙皮可以有效减小箱体的重量，并在满足强度的条件下，最大程度提高箱体的刚度；并且蜂窝芯材厚度为2-4mm(或3-5mm)，蒙皮密度为1500-1700kg/m3，厚度为1.9-2.1mm，用相对较优秀的铺层方案来达到箱体最佳的重量及箱体总体刚度的比例，即最佳的比刚度。
为了便于对箱体1进行散热，在箱体1外壳安装有百叶窗10，百叶窗10的材质与箱体1外壳的材质一致，通过百叶窗10方便对箱体1进行散热，同时通过百叶窗10的材质与箱体1外壳材质一致进一步减轻箱体1重量。
为了方便取放箱体1，在箱体1外壳安装有取放箱体1的吊环2，吊环2转动连接与箱体1的侧壁。
以下对不同材质的蜂窝芯材17通过三点弯曲实验进行测试，如图4所示，将箱体1外壳的试样放置于两个支座19上，并通过压头20抵压于试样上端面，通过两个支座19及压头20实现对试样进行性能测试：
试验一：
试样：蜂窝芯材17材质为间位芳纶纤维，选用的间位芳纶蜂窝的密度为64kg/m3，抗压强度3.3MPa，且蜂窝芯材17厚度为5mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1500kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2100Mpa，蒙皮16厚度为2.1mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为4520.6N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为5mm，蒙皮16密度为1500kg/m3，厚度为2.1mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
试验二：
试样：蜂窝芯材17材质为间位芳纶纤维，选用的间位芳纶蜂窝的密度为80kg/m3，抗压强度4.95MPa，且蜂窝芯材17厚度为4mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1600kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2300Mpa，蒙皮16厚度为2.0mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为5369.5N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为4mm，蒙皮16密度为1600kg/m3，厚度为2.0mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
试验三：
试样：蜂窝芯材17材质为间位芳纶纤维，选用的间位芳纶蜂窝的密度为96kg/m3，抗压强度6.6MPa，且蜂窝芯材17厚度为3mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1700kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2600Mpa，蒙皮16厚度为1.9mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为4957.6N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为3mm，蒙皮16密度为1700kg/m3，厚度为1.9mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
试验四：
试样：蜂窝芯材17材质为铝合金，选用的铝合金的密度为49.6kg/m3，抗压强度1.971MPa，且蜂窝芯材17厚度为4mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1500kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2100Mpa，蒙皮16厚度为2.1mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为4758.9N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为4mm，蒙皮16密度为1500kg/m3，厚度为2.1mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
试验五：
试样：蜂窝芯材17材质为铝合金，选用的铝合金的密度为73.6kg/m3，抗压强度4.362MPa，且蜂窝芯材17厚度为4mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1600kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2300Mpa，蒙皮16厚度为2.0mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为5287.7N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为3mm，蒙皮16密度为1600kg/m3，厚度为2.0mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
试验六：
试样：蜂窝芯材17材质为铝合金，选用的铝合金的密度为97.6kg/m3，抗压强度6.756MPa，且蜂窝芯材17厚度为2mm；蒙皮16为T700高强度碳纤维材料，密度为1700kg/m3，其单层材料主轴(0°方向)的拉伸强度为2600Mpa，蒙皮16厚度为1.9mm。
经实验校核该结构发生三点弯曲破坏时的极限载荷为5429.8N，等效后的极限抗拉强度满足赛规要求，并且蜂窝芯材17厚度为2mm，蒙皮16密度为1700kg/m3，厚度为1.9mm，达到箱体1最佳的重量及箱体1强度与刚度的比例。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种用于方程式赛车的动力电池箱，包括箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)内设置有电池模组(3)，所述电池模组(3)连接有电池管理系统(4)，所述电池管理系统(4)连接有用于输出电池模组(3)电能及对电池模组(3)补充电能的动力输出连接器(7)、CAN通讯线接头(5)、低压通讯线接头(6)，所述箱体(1)外壳包括呈蜂窝状的蜂窝芯材(17)、设置于蜂窝芯材(17)两侧壁的蒙皮(16)，所述蜂窝芯材(17)与所述蒙皮(16)之间设置有粘合剂(18)。
2.根据权利要求1所述的一种用于方程式赛车的动力电池箱，其特征在于：所述箱体(1)内设置有电流传感器(11)、高压绝缘继电器(12)、预充继电器(13)、熔断器(14)、预充电阻(15)、电压指示器(8)。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于方程式赛车的动力电池箱，其特征在于：所述箱体(1)外壳还连接有便于散热的百叶窗(10)。
4.根据权利要求3所述的一种用于方程式赛车的动力电池箱，其特征在于：所述箱体(1)外壳设置有方便取放箱体(1)的吊环(2)。
5.根据权利要求1所述的一种用于方程式赛车的动力电池箱，其特征在于：所述蒙皮(16)为碳纤维蒙皮(16)，密度为1500-1700kg/m3，所述蒙皮(16)厚度为1.9-2.1mm；所述蜂窝芯材(17)材质为铝合金或间位芳纶纤维。
6.根据权利要求5所述的一种用于方程式赛车的动力电池箱，其特征在于：所述蜂窝芯材(17)材质为铝合金时，其密度为49.6-97.6kg/m3，且蜂窝芯材17厚度为2-4mm，其压缩强度为1.971-6.756MPa；所述蜂窝芯材(17)材质为间位芳纶纤维时，其密度为64-96kg/m3，且蜂窝芯材17厚度为3-5mm，其压缩强度为3.3-6.6MPa。
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