CN110350119A - 一种电池箱体及电池箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池箱体及电池箱，箱体包括底壳、沿箱体的长度方向延伸的第一框架和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二框架，所述第一框架和所述第二框架首尾顺序相连形成封闭的框型结构，所述底壳分别与所述第一框架和所述第二框架固定连接，所述箱体还包括设置在所述框型结构内且沿所述箱体的长度方向延伸的第一加强筋和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二加强筋，所述第一加强筋和所述第二加强筋均固定设置在所述底壳上，所述第一框架和所述第二框架的横截面均呈多孔多筋型结构。该电池箱体结构简单，箱体受到振动及冲击载荷后，振动及冲击载荷的传递更加均匀，增强了箱体的抗冲击吸振能力，并有效地提高了箱体的安全性能。

Description

一种电池箱体及电池箱

技术领域

本发明涉及汽车结构技术领域，具体涉及一种电池箱体及电池箱。

背景技术

随着现代社会科学与技术的不断发展，面对日趋严苛的汽车油耗和排放标准，新能源汽车的发展正迎来大好时期，而行业中又尤以电动汽车的发展最为迅速。电动汽车的电池及其相关部件的研究是该领域研究的一个重点。电池箱体在电动汽车中起着保护电池模组正常、安全工作的重要作用。作为关键部件，电池箱体的轻量化与安全性也是提高电动汽车续航里程，降低能耗，保障汽车行驶安全的重要途径。针对电池箱体的结构设计，国内外的不少学者都进行了相关研究。奥地利LRK轻金属研发中心的Matthias Hartman等人通过对电池箱体外壳进行优化设计，提高了自身刚度以及激振频率范围内的固有频率；美国加州理工学院 Mitchell教授通过密度拓扑与数学规划相结合的方法对锂离子电池箱进行了优化设计，提高了其性能。湖南科技大学谭华江通过遗传算法得出了多种轻型材料在电池架不同部件上的最佳组合方式，从而实现电池架减重和提高电池箱体整体性能的目的。

但是，大多数针对电池箱体的结构优化设计都是仅从材料选择上或箱体外壳的结构优化上进行研究，研究对象是小尺寸箱体居多，并且结构优化上还不够完善，安全性还有待提高，轻量化效果不够显著，在实际的运用上也无法达到预期的成效。在现今大多数电池箱体存在明显不足的情况下，一种满足大尺寸电池箱体的结构设计要求，并且同时满足箱体轻量化与安全性，有效提高电动汽车的安全系数与续航里程，降低能源消耗的电池箱体设计便能展现其优越性与竞争力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的电池箱体。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电池箱体，包括底壳、沿箱体的长度方向延伸的第一框架和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二框架，所述第一框架和所述第二框架首尾顺序相连形成封闭的框型结构，所述底壳分别与所述第一框架和所述第二框架固定连接，所述箱体还包括设置在所述框型结构内且沿所述箱体的长度方向延伸的第一加强筋和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二加强筋，所述第一加强筋和所述第二加强筋均固定设置在所述底壳上，所述第一框架和所述第二框架的横截面均呈多孔多筋型结构。

优选地，所述第一框架包括具有中空腔体的第一外框和设置在所述第一外框的中空腔体中的第一内框，所述第一内框具有中空腔体，所述第一外框具有承受冲击载荷的第一侧边和与所述第一侧边相对设置的第二侧边，所述第二侧边与所述底壳相配合，所述第一内框的相对两边分别与所述第一侧边和所述第二侧边连接。

进一步地，所述第一框架还包括设置在所述第一外框的中空腔体中的传力框，所述传力框具有中空腔体，所述传力框位于所述第一内框的下方，所述传力框分别与所述第一内框和所述第一外框连接。

更进一步地，所述第一侧边的长度小于所述第二侧边的长度，使得所述第一外框的第一下边倾斜设置，所述传力框具有与所述第一下边相平行设置的第二下边，所述第二下边与所述第一下边连接。

优选地，所述第二框架包括具有中空腔体的第二外框和设置在所述第二外框的中空腔体中的第二内框，所述第二内框具有中空腔体，所述第二外框具有承受冲击载荷的第三侧边和与所述第三侧边相对设置的第四侧边，所述第四侧边与所述底壳相配合，所述第二内框的相对两边分别与所述第三侧边和所述第四侧边连接。

进一步地，所述第三侧边的长度小于所述第四侧边的长度，使得所述第二外框的第三下边倾斜设置。

优选地，所述第一加强筋的两端部分别延伸到所述第二框架上，所述第二加强筋分别设置在所述第一加强筋的两侧，所述第二加强筋的两端部分别延伸到所述第一加强筋和所述第一框架上，所述第一加强筋的高度大于所述第二加强筋的高度。

优选地，所述箱体还包括分别设置在所述第一框架和所述第二框架上的多个悬挂座，所述悬挂座分别嵌设在所述第一框架和所述第二框架中，且其上端部伸出所述第一框架和所述第二框架的上部。

进一步地，所述悬挂座的下端部分别伸出到所述第一框架和所述第二框架的外部并分别卡设在所述第一框架和所述第二框架上，和/或所述悬挂座的上端部具有台阶，所述台阶分别卡设在所述第一框架和所述第二框架上。

优选地，所述底壳、所述第一框架、所述第二框架、所述第一加强筋和所述第二加强筋均采用碳纤维复合材料。

本发明还提供一种电池箱，所述电池箱具有如上述任一项所述的箱体。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电池箱体结构简单，箱体受到振动及冲击载荷后，振动及冲击载荷的传递更加均匀，增强了箱体的抗冲击吸振能力，并有效地提高了箱体的安全性能。

附图说明

附图1为本发明的电池箱体的立体图；

附图2为本发明的电池箱体的主视图；

附图3为附图2中沿A-A线的剖视图；

附图4为附图3中A处局部放大图；

附图5为附图2中沿B-B线的剖视图；

附图6为附图5中A处局部放大图；

附图7为附图2中沿C-C线的剖视图；

附图8为附图7中A处局部放大图；

附图9为挤压力时间历程曲线图；

附图10为电池箱挤压变形云图；

附图11为电池箱体应力云图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

如图1~图8所示，本发明的电池箱体包括底壳1、第一框架2、第二框架3、第一加强筋4和第二加强筋5。

本实施例中，底壳1、第一框架2、第二框架3、第一加强筋4和第二加强筋5均采用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料的运用能够提升箱体整体抗冲击吸振能力、保证安全性的同时降低箱体的自重，从而提升动力电池质量能量密度，提高整车产品性价比，也有利于车辆的节能环保。

第一框架2沿箱体的长度方向延伸，第二框架3沿箱体的宽度方向延伸，第一框架2和第二框架3首尾顺序相连形成封闭的框型结构，底壳1分别与第一框架2和第二框架3固定连接。第一加强筋4设置在框型结构内且沿箱体的长度方向延伸，第二加强筋5也设置在框型结构内且沿箱体的宽度方向延伸，第一加强筋4和第二加强筋2均固定设置在底壳1上。

第一框架2和第二框架3的横截面均呈多孔多筋型结构，这种结构既能有效增强箱体结构强度，又能降低箱体本身的重量。

如图3和图4所示，第一框架2包括第一外框21、第一内框22和传力框23，第一外框21、第一内框22和传力框23均具有中空腔体，第一内框22和传力框23均设置在第一外框21的中空腔体中。本实施例中，第一外框21、第一内框22和传力框23均采用碳纤维复合材料型材，第一框架2整体采用嵌套的形式，最终形成类似挤压铝型材的多孔结构，该结构具有较高的强度和缓冲吸能的作用。

第一外框21具有承受振动及冲击载荷的第一侧边211和与第一侧边211相对设置的第二侧边212，第二侧边212与底壳1相配合，第一内框22的相对两边分别与第一侧边211和第二侧边212连接。本实施例中，第二内框22的下部高于第二加强筋5，这样，当冲击载荷作用在第一侧边211上时，可通过第一外框21及第一内框22将冲击载荷传递到底壳1上，以达到分散受力的效果。

第一外框21具有第一下边213，第一侧边211的长度小于第二侧边212的长度，使得第一下边213倾斜设置。这使得振动及冲击载荷从第一侧边211传递到第二侧边212上后，载荷的受力面积增加，可减小作用在第二侧边212及底壳1上的压强。

传力框23位于第一内框21的下方，传力框23分别与第一内框22和第一外框21连接。具体的，传力框23具有与第一下边213相平行设置的第二下边231，第二下边231与第一下边213连接。传力框23还与第二侧边212连接，传力框23还具有上边232，上边与第一内框22的第四下边221连接。这样，当振动及冲击载荷作用在第一侧边211上时，可通过传力框23将振动及冲击载荷传递到底壳1及第二加强筋5上，同样了达到分散受力的效果。

如图5和图6所示，第二框架3包括第二外框31和第二内框32，第二外框31和第二内框32均具有中空腔体，第二内框32设置在第二外框31的中空腔体中。本实施例中，第二外框31和第二内框32均采用碳纤维复合材料型材，第二框架3整体也采用嵌套的形式，最终也形成类似挤压铝型材的多孔结构，该结构同样具有较高的强度和缓冲吸能的作用。

第二外框31具有承受振动及冲击载荷的第三侧边311和与第三侧边311相对设置的第四侧边312，第四侧边312与底壳1相配合，第二内框32的相对两边分别与第三侧边311和第四侧边312连接。这样，当冲击载荷作用在第二侧边311上时，可通过第二外框31及第二内框32将冲击载荷传递到底壳1及第一加强筋4上，以达到分散受力的效果。

第二外框31具有第三下边313，第三侧边311的长度小于第四侧边312的长度，使得第三下边313倾斜设置。这使得振动及冲击载荷从第三侧边311传递到第四侧边312上后，载荷的受力面积增加，可减小作用在第四侧边312及底壳1上的压强。

本实施例中，第一外框21和第二外框31与底壳1之间均采用胶铆结合的连接方式。

第一加强筋4的两端部分别延伸到第二框架2上，第二加强筋5分别设置在第一加强筋4的两侧，第二加强筋5的两端部分别延伸到第一加强筋4和第一框架2上，本实施例中，第一加强筋5设置有一根，其将整个箱体分隔成左右两部分，左右两部分箱体分别安装水冷板，左右两部分箱体中均设置有多根第二加强筋5，且左右两部分箱体中的第二加强筋5对称设置。第二加强筋5设置有多个，能够将箱体受到的冲击力有效均匀地分散到箱体的其他承重结构上，使得箱体结构的吸能能力大幅提高。

由于箱体沿长度方向的跨度较长，因此，第一加强筋4的高度较高，这有利于箱体整体结构的稳定。第二加强筋5的高度小于第一加强筋4的高度，水冷板和模组均安装在第二加强筋5上。

本实施例中，第一加强筋4和第二加强筋5与底壳1之间均采用胶结的连接方式。

如图1、图2、图7和图8所示，箱体还包括分别设置在第一框架2和第二框架3上的多个悬挂座6，悬挂座6分别嵌设在第一框架2和第二框架3中，且其上端部伸出第一框架2和第二框架3的上部。

具体的，第一框架2上设置有贯穿其上下两端面的第一通孔，即该第一通孔贯穿第一外框21和第一内框22的上下两端面，位于第一框架2上的悬挂座6均嵌设在该第一通孔中，该悬挂座6的下端部位于第一框架2的外部，且部分卡设在第一外框21的下端面上，且悬挂座6的下端面与第一外框21的下端面相平行设置。悬挂座6的上端部的直径小于小于其他部位的直径，悬挂座6在直径发生变化的部位设置有台阶，且该台阶卡设在第一外框21的上部。

同样的，第二框架3上设置有贯穿其上下两端面的第二通孔，即该第二通孔贯穿第二外框31和第二内框32的上下两端面，位于第二框架3上的悬挂座6均嵌设在该第二通孔中，该悬挂座6的下端部位于第二框架3的外部，且部分卡设在第二外框31的下端面上，且悬挂座6的下端面与第二外框31的下端面相平行设置。悬挂座6的上端部的直径小于小于其他部位的直径，悬挂座6在直径发生变化的部位设置有台阶，且该台阶卡设在第二外框31的上部。

悬挂座6采用铝加工件，悬挂座6与第一外框21和第二外框31之间均采用胶粘的连接方式连接。

本实施例中，箱体的尺寸为：长度为1966mm，宽度为1486mm，高度为140mm。

本实施例中，箱体的长度方向为汽车的前进方向，即X方向，箱体的宽度方向为汽车的侧向，即Y方向。

当箱体受到来自Y方向的振动冲击时，振动及冲击载荷作用在第一框架2上，振动及冲击载荷有部分直接从第一外框21传递到底壳1上，同时，振动及冲击载荷有部分从第一外框21的第一侧边211传递到第一内框22上，接着由第一内框22再传递到第二侧边212上，然后再传递到底壳1上，这都可将第一框架2受到的冲击力分散到箱体的底壳1上，从而分散冲击力。而且，传递到第一内框22上的冲击力和作用在第一外框21上的冲击力还部分传递到传力框23上，再由传力框23将受到的振动及冲击载荷传递并分散到第二加强筋5上，从而达到多部件协同传递载荷的作用。

同样，当箱体受到X方向的振动冲击时，振动及冲击载荷作用在第二框架3上，振动及冲击载荷有部分直接从第二外框31传递到底壳1上，同时，振动及冲击载荷还从第二外框31的第三侧边311传递到第二内框32上，接着由第二内框32再传递到第四侧边312上，最终将振动及冲击载荷传递到底壳1及第一加强筋4上，以达到分散受力的效果。

本实施例中，在第一框架2与第二框架3的连接处，第一框架2的一端抵靠在第二框架3的一端部的侧面，因此当箱体受到X方向的冲击时，第二框架3可将部分荷载传递到第一框架2上，从而进一步分散冲击力。

当悬挂座6处受到来自下方的振动及冲击载荷时，悬挂座6将受到的振动及冲击载荷传递到第一外框21和第二外框31上，从而提高第一框架2和第二框架3的承重，且达到分散冲击的能力。

当悬挂座6受到来自上方的振动与冲击时，可通过悬挂座6与第一框架2和第二框架3之间的连接均匀地分散振动及冲击载荷。

对该对箱体进行挤压分析，具体分析过程如下：

基于LS-DYNA软件进行电池箱的挤压分析，采用MAT58#材料卡表征复合材料的力学性能，根据复合材料结构对称均衡的铺层设计原则，分别对电池箱的上盖、箱体中的底壳1、第一框架2、第二框架3、第一加强筋4和第二加强筋5结构进行铺层设计。根据国标《GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分中的安全性要求与测试方法》，对电池箱进行挤压分析。采用半径为75mm、长度为600mm的半圆柱体，沿着行驶方向对电池箱进行挤压。挤压力与时间的变化曲线如图9所示，挤压变形云图如图10所示，最大侵入量为6.7mm，远小于模组与箱体侧边的安全距离。箱体的应力云图如图11所示，最大主应力为650MPa，箱体局部发生破坏。根据仿真结果可知，该复合材料电池箱结构满足国标要求。

综上所述，该电池箱体结构简单合理，性能安全可靠，成本可控，合理的结构设计大大增强了电池箱体承受冲击与分散载荷的能力，第一框架、第二框架、第一加强筋和第二加强筋的排布与结构设计使得该结构更适应于大尺寸电池箱体的性能要求，使得振动及冲击载荷的传递更加均匀，增强了箱体的抗冲击吸振能力，并有效地提高了箱体的安全性能。碳纤维复合材料与优化的结构有效结合，可大幅提高动力电池的质量能量密度，提高整车产品的经济性，降低能源消耗，提高续航里程，提升动力电池组件乃至汽车整体的安全性，对汽车轻量化与行驶安全性有着十分显著的积极意义。

本发明还公开了一种电池箱，该电池箱包括上述的电池箱体。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种电池箱体，其特征在于：包括底壳、沿箱体的长度方向延伸的第一框架和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二框架，所述第一框架和所述第二框架首尾顺序相连形成封闭的框型结构，所述底壳分别与所述第一框架和所述第二框架固定连接，所述箱体还包括设置在所述框型结构内且沿所述箱体的长度方向延伸的第一加强筋和沿所述箱体的宽度方向延伸的第二加强筋，所述第一加强筋和所述第二加强筋均固定设置在所述底壳上，所述第一框架和所述第二框架的横截面均呈多孔多筋型结构。

2.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于：所述第一框架包括具有中空腔体的第一外框和设置在所述第一外框的中空腔体中的第一内框，所述第一内框具有中空腔体，所述第一外框具有承受冲击载荷的第一侧边和与所述第一侧边相对设置的第二侧边，所述第二侧边与所述底壳相配合，所述第一内框的相对两边分别与所述第一侧边和所述第二侧边连接。

3.根据权利要求2所述的电池箱体，其特征在于：所述第一框架还包括设置在所述第一外框的中空腔体中的传力框，所述传力框具有中空腔体，所述传力框位于所述第一内框的下方，所述传力框分别与所述第一内框和所述第一外框连接。

4.根据权利要求3所述的电池箱体，其特征在于：所述第一侧边的长度小于所述第二侧边的长度，使得所述第一外框的第一下边倾斜设置，所述传力框具有与所述第一下边相平行设置的第二下边，所述第二下边与所述第一下边连接。

5.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于：所述第二框架包括具有中空腔体的第二外框和设置在所述第二外框的中空腔体中的第二内框，所述第二内框具有中空腔体，所述第二外框具有承受冲击载荷的第三侧边和与所述第三侧边相对设置的第四侧边，所述第四侧边与所述底壳相配合，所述第二内框的相对两边分别与所述第三侧边和所述第四侧边连接。

6.根据权利要求5所述的电池箱体，其特征在于：所述第三侧边的长度小于所述第四侧边的长度，使得所述第二外框的第三下边倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于：所述第一加强筋的两端部分别延伸到所述第二框架上，所述第二加强筋分别设置在所述第一加强筋的两侧，所述第二加强筋的两端部分别延伸到所述第一加强筋和所述第一框架上，所述第一加强筋的高度大于所述第二加强筋的高度。

8.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于：所述箱体还包括分别设置在所述第一框架和所述第二框架上的多个悬挂座，所述悬挂座分别嵌设在所述第一框架和所述第二框架中，且其上端部伸出所述第一框架和所述第二框架的上部。

9.根据权利要求8所述的电池箱体，其特征在于：所述悬挂座的下端部分别伸出到所述第一框架和所述第二框架的外部并分别卡设在所述第一框架和所述第二框架上，和/或所述悬挂座的上端部具有台阶，所述台阶分别卡设在所述第一框架和所述第二框架上。

10.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于：所述底壳、所述第一框架、所述第二框架、所述第一加强筋和所述第二加强筋均采用碳纤维复合材料。

11.一种电池箱，其特征在于：具有如权利要求1~10中任一项所述的箱体。