CN110611064A - 一种铝合金电池包下壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金电池包下壳体，包括边框结构、横梁、地板和中间吊耳；边框结构由四条截面形状为“L”形的边框拼接形成；两组横梁结构相同且平行设置，其中一组横梁截面形状为“倒T形”，另一组横梁截面形状为“阶梯形”，两组横梁与“L”形边框采用公端、母端的插接结构搭接后并焊接；地板截面形状为“一”字形，并与“L”形边框、横梁插接后焊接；中间吊耳包括圆柱形中空结构的中间吊耳主体，中间吊耳主体自下而上穿过横梁，顶部与螺母配合，圆环片自上而下穿过中间吊耳主体并采用MIG焊固定。本发明充分吸收了铝合金的优点，实现了电池包箱体的轻量化设计，且连接可靠、密封性好、加工效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种铝合金电池包下壳体。
背景技术
随着汽车年产销量的逐年递增，能源危机和环境恶化问题日益加剧，发展电动汽车是解决以上问题的重要途经。然而，续航里程短是目前制约电动汽车发展的首要问题。电池包作为电动汽车的核心部件之一，其本体质量大约占整车整备质量的三分之一，因此开展电池包结构的轻量化设计对于提升电动汽车目标续航里程具有重要意义。
现有电池包主要包括钢制电池包、铝合金压铸电池包和铝合金型材电池包三种结构形式。钢制电池包具有成本低、强度高、力学性能好、制造工艺成熟等优点，但是其缺点是重量大，因此限制了其大规模推广应用。铝合金压铸电池包能够实现复杂的截面设计，但是较高的模具费用是限制其大规模推广的主要因素。
基于铝合金挤压型材的电池包为解决上述问题提供了一种新思路，铝合金型材具有重量轻、模具费用低、吸能效果好等优点。现有技术在一定程度上实现了电池包下壳体轻量化，但仍然存在过设计、焊缝寿命短、型材截面复杂、制造成本高等缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种铝合金型材电池包下壳体，旨在实现电池包下壳体的轻量化、低成本设计与制造。
本发明采用如下技术方案：
一种铝合金电池包下壳体，包括边框结构、横梁、地板和中间吊耳，所述边框结构由四个截面形状为“L”形的边框拼接形成；所述横梁分成两组，每组横梁结构相同且平行设置，其中一组横梁截面形状为“倒T形”，另一组横梁截面形状为“阶梯形”，两组横梁与“L”形边框采用公端、母端的插接结构搭接后并焊接；所述地板截面形状为“一”字形，所述地板与横梁、“L”形边框插接后并焊接；所述中间吊耳包括圆柱形中空结构的中间吊耳主体，中间吊耳主体自下而上穿过“倒T形”横梁；中间吊耳主体底部法兰与“倒T形”横梁下表面贴合，顶部与螺母配合，圆环片自上而下穿过中间吊耳主体并采用MIG焊固定。
上述技术方案中，所述“L”形边框截面具体由依次排列的“目”字形空腔结构和三角形空腔结构一体成型，且“目”字形空腔结构位于电池包内侧方向；所述“目”字形空腔结构上筋条水平布置，下筋条倾斜布置；所述“目”字形空腔结构底部沿电池包内侧方向延伸出凸台，且凸台底部棱角位置设有凹槽A，凸台内部为中空结构，凸台属于公端，用于插接并承载横梁；所述三角形空腔结构沿电池包高度方向设有吊耳安装孔A，用于安装拉铆螺母与车架进行螺栓连接。
上述技术方案中，所述截面形状为“倒T形”横梁具体由“日”字形空腔结构和“口”字形空腔结构A一体成型，且“日”字形空腔结构位于中间，“口”字形空腔结构A紧邻“日”字形空腔结构位于两侧；所述“倒T形”横梁端部延伸出凸沿A和翻边A，凸沿A与翻边A共同构成母端，用于与2号边框、4号边框底部的凸台进行插接；所述“日”字形空腔结构中部设有吊耳安装孔B，用于安装中间吊耳。
上述技术方案中，所述截面形状为“阶梯”形横梁具体由依次排列的两个大小不同的“口”字形空腔结构B一体成型，且在较大的“口”字形空腔结构B底部棱角位置处沿其长度方向切除部分材料，用于与1号边框、3号边框底部凸台进行插接；所述“阶梯”形横梁端部延伸出凸沿B和翻边C，凸沿B与翻边C共同构成母端，用于与2号边框、4号边框底部凸台进行插接；较大的“口”字形空腔结构B上部设有螺栓孔，用于固定垫块。
上述技术方案中，所述“一”字形地板具体由依次排列的“口”字形空腔结构C一体成型，所述“一”字形地板端部底面延伸出翻边E，用于与“L”形边框底部凸台的凹槽A进行插接。
上述技术方案中，所述截面形状为“倒T形”横梁最外侧“口”字形空腔结构A延其长度方向的棱角位置分别设有凹槽B或翻边B；所述截面形状为“阶梯”形横梁中较小的“口”字形空腔结构B延其长度方向棱角位置分别设有翻边D或凹槽C；所述地板两侧延其长度方向棱角位置处分别设有翻边E和凹槽D；所述横梁与地板采用翻边与凹槽的插接方式，其中横梁翻边与地板凹槽对应，横梁凹槽与地板翻边对应。
本发明的有益成果：
1)本发明结构铝合金用量少，横梁与边框采用公端、母端的插接方式，具有重量轻、成本低、焊缝疲劳寿命长、零件数量少、结构简单等优点，为电池包的轻量化、低成本设计与制造提供了很好的解决方案。
2)本发明结构可以通过增加电池包长度或宽度以及横梁数量的方式，增加电池模组数量，从而满足消费者对续航里程的不同需求灵活安装不同数量的电池模组，实现电池包平台化与模块化的设计与制造。
附图说明
图1是本发明铝合金电池包下壳体轴测图。
图2是本发明边框结构连接关系示意图，图2(a)是本发明边框结构俯视图，图2(b)是本发明“L”形边框结构示意图，图2(c)是本发明“L”形边框截面示意图。
图3是本发明横梁的结构示意图，图3(a)是本发明“倒T形”横梁结构示意图，图3(b)是本发明“倒T形”横梁截面示意图，图3(c)是本发明“倒T形”横梁正视图，图3(d)是本发明“倒T形”横梁端部放大图，图3(e)是本发明“阶梯”形横梁结构示意图，图3(f)是本发明“阶梯”形横梁截面示意图，图3(g)是本发明“阶梯”形横梁正视图，图3(h)是本发明“阶梯”形横梁端部放大图。
图4是本发明地板的结构示意图，图4(a)是本发明地板的结构示意图，图4(b)是本发明地板的截面示意图，图4(c)是本发明地板正视图；图4(d)是本发明地板端部放大图。
图5是本发明中间吊耳结构示意图，图5(a)是本发明中间吊耳爆炸图，图5(b)是本发明中间吊耳装配关系示意图，图5(c)是本发明中间吊耳与上壳体、“倒T形”横梁连接关系示意图。
图6是本发明结构横梁与边框结构连接关系示意图，图6(a)是本发明“倒T形”横梁与2号边框、4号边框连接关系示意图，图6(b)是本发明“阶梯”形横梁与2号边框、4号边框连接关系示意图，图6(c)是本发明“阶梯”形横梁与1号边框、3号边框连接关系示意图。
图7是本发明结构地板与边框结构、横梁连接关系示意图，图7(a)是本发明地板与2号边框、4号边框连接关系示意图，图7(b)是本发明地板与“倒T形”横梁、“阶梯”形横梁连接关系示意图；
图8是本发明电池模组与边框结构、横梁的装配关系示意图。
其中：100-边框结构、110-1号边框、111-“目”字形空腔结构、112-三角形空腔结构、113-上筋条、114-下筋条、115-拉铆螺母安装孔A、116-小凸台、117-凸台、118-凹槽A、119-吊耳安装孔A、120-2号边框、130-3号边框、140-4号边框、200-横梁、210-“倒T形”横梁、211-“日”字形空腔结构、212-“口”字形空腔结构A、213-拉铆螺母安装孔B、214-吊耳安装孔B、215-凸沿A、216-翻边A、217-凹槽B、218-翻边B、220-“阶梯”形横梁、221-“口”字形空腔结构B、222-凸沿B、223-翻边C、224-螺栓孔、225-拉铆螺母安装孔C、226-翻边D、227-凹槽C、300-地板、301-“口”字形空腔结构C、302-翻边E、303-凹槽D、400-中间吊耳、401-中间吊耳主体、402-法兰、403-螺母、404-圆环片、405-密封垫、406-垫片、500-密封圈、600-上壳体、700-垫块、800-拉铆螺母。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1是本发明铝合金电池包下壳体轴测图，包括边框结构100、横梁200、地板300和中间吊耳400四部分；横梁200与边框结构100通过“公端、母端”插接和MIG焊焊接进行固定；地板300布置在横梁之间，并通过搅拌摩擦焊、MIG焊焊接进行固定；中间吊耳400自下而上穿过横梁200，再通过MIG焊焊接进行固定。其中，通过增加侧面边框长度的方式，横梁的数量可以是多个，从而满足消费者对续航里程的不同需求，灵活安装不同数量的电池模组，实现电池包平台化与模块化的设计与制造。
图2是本发明边框结构连接关系示意图，其中，图2(a)是边框结构连接关系示意图，图2(b)是“L”形边框结构示意图，图2(c)是“L”形边框截面示意图。边框结构100包括截面形状相同的1号边框110、2号边框120、3号边框130、4号边框140，各边框首尾通过MIG焊拼接形成封闭的矩形框架结构；由于各边框截面形状相同，加工时，可以实现模具共用，从而降低制造成本。各边框截面形状均为“L”形，具体由依次排列的“目”字形空腔结构111和三角形空腔结构112(相当于吊耳)一体成型，且“目”字形空腔结构111位于电池包内侧方向，“目”字形空腔结构111的上筋条113水平布置，下筋条114倾斜布置，两条筋条有利于将电池包的载荷用最快的路径依次传递到三角形空腔结构112(相当于吊耳)、车身上。“目”字形空腔结构111上表面设有拉铆螺母安装孔A115，用于与上壳体600、密封条500进行螺栓连接；“目”字形空腔结构111上表面靠近电池包内侧方向的棱角位置设有向上布置的小凸台116，用于防止外界水汽与灰尘进入电池包内部；“目”字形空腔结构111底部沿电池包内侧方向延伸出凸台117，且凸台117底部棱角位置设有凹槽A118，凸台117内部为中空结构，凸台117属于公端，用于插接并承载横梁200。三角形空腔结构112沿电池包高度方向设有吊耳安装孔A119，用于安装拉铆螺母与车架进行螺栓连接。
图3是本发明横梁的结构示意图，图3(a)是“倒T形”横梁结构示意图，图3(b)是“倒T形”横梁截面示意图；具体由“日”字形空腔结构211和“口”字形空腔结构A212一体成型，且“日”字形空腔结构211位于中间，“口”字形空腔结构A212紧邻“日”字形空腔结构211位于两侧，“口”字形空腔结构A212数量不受限制；“口”字形空腔结构A212上表面设有拉铆螺母安装孔B213，用于安装电池模组；“日”字形空腔结构211中部设有吊耳安装孔B214，用于安装中间吊耳400。
图3(c)是“倒T形”横梁正视图，“倒T形”横梁210端部延伸出凸沿A215和翻边A216，如图3(d)所示，凸沿A215与翻边A216共同构成母端用于与2号边框120、4号边框140底部的凸台117进行插接。
图3(e)是“阶梯”形横梁结构示意图，图3(f)是“阶梯”形横梁截面示意图，具体由依次排列的两个大小不同的“口”字形空腔结构B221一体成型，且在较大的“口”字形空腔结构底部棱角位置处沿其长度方向切除部分材料，用于与1号边框110、2号边框130底部的凸台A117进行插接；图3(g)是“阶梯”形横梁正视图，“阶梯”形横梁220端部延伸出凸沿B222和翻边B223，如图3(h)所示，凸沿B222与翻边B223共同构成母端，用于与2号边框120、4号边框140底部放入凸台117进行插接；较大的“口”字形空腔结构上部设有螺栓孔224，用于固定垫块700，较大的“口”字形空腔结构上表面设有拉铆螺母安装孔C225，用于安装电池模组。
图4是地板的结构示意图，图4(a)是地板的轴测图，图4(b)是地板的截面示意图，地板300截面形状为“一”字形，具体由依次排列的“口”字形空腔结构C301一体成型，图4(c)是“一”字形地板300正视图，图4(d)是地板端部放大图，“一”字形地板300端部底面和两侧面延伸出翻边C302，用于与2号边框120、4号边框140底部凸台117的凹槽A118进行插接。
图5是本发明中间吊耳结构示意图，图5(a)是本发明中间吊耳爆炸图，图5(b)是本发明中间吊耳装配关系示意图；中间吊耳400包括圆柱形中空结构的中间吊耳主体401，中间吊耳主体401自下而上穿过“倒T形”横梁210，中间吊耳主体401底部法兰402与“倒T形”横梁210下表面贴合，实现Z向定位(如图5(c)所示)。顶部与螺母403配合，圆环片404自上而下穿过中间吊耳主体401并采用MIG焊固定，圆环片404与螺母403之间用于固定上壳体600；实际使用过程中，圆环片404与螺母403之间设有密封垫405和垫片406，用于提高电池包密封性(如图5(c)所示)。中间吊耳主体401内部放置螺栓用于与车身横梁连接，中间吊耳400与车身横梁连接，可以有效减少电池包中间区域的变形。
图6是本发明结构横梁与边框结构连接关系示意图，图6(a)是“倒T形”横梁210与2号边框120、4号边框140连接关系示意图，“倒T形”横梁210与2号边框120、4号边框140采用“公端、母端”的插接结构后并MIG焊接，插接结构为第一道防线，焊缝为第二道防线，插接结构不但有利于结构的稳定，避免焊缝失效，且可以提高电池包的密封性。
图6(b)是“阶梯”形横梁220与2号边框120、4号边框140连接关系示意图，“阶梯”形横梁220与2号边框120、4号边框140采用“公端、母端”的插接结构后并MIG焊接，插接结构为第一道防线，焊缝为第二道防线，插接结构不但有利于结构的稳定，避免焊缝失效，且可以提高电池包的密封性。图6(c)是“阶梯”形横梁220与1号边框110、3号边框130连接关系示意图，1号边框110、3号边框130底部的凸台117上表面设有垫块700，可以有效减少“阶梯”横梁变形，垫块700与1号边框110、3号边框130的凸台117上表面焊接后，再与“阶梯”形横梁220的螺栓孔224进行螺栓连接。
图7是本发明结构地板与边框结构、横梁连接关系示意图，地板300端部下表面延伸出翻边E302，用于与2号边框120、4号边框140底部凸台117的凹槽A118进行插接(如图7(a)所示)，“倒T形”横梁210两侧棱角位置处设有凹槽B217或翻边B218、“阶梯”形横梁220较小的“口”字形空腔结构棱角位置处设有凹槽C227或翻边D226，地板两侧棱角位置处设有凹槽D303或翻边E302，横梁与地板采用翻边与凹槽的插接方式，其中横梁翻边与地板凹槽对应，横梁凹槽与地板翻边对应(如图7(b)所示)，插接结构不但有利于结构的稳定，避免焊缝失效，且可以提高电池包的密封性。
图8是本发明电池模组与边框结构、横梁的装配关系示意图，电池模组四个角位置开有螺栓孔，利用螺栓与镶嵌于边框结构100、横梁200内部的拉铆螺母800进行螺栓连接，实现电池模组与边框结构100、横梁200的紧固连接。
以上仅是本发明的优选实施方式，而并非是对本发明实施方式的限定，对于属于本技术领域的设计人员来说，对上述实施方式还可以做出若干改进方案，(如通过更改边框长度或者横梁数量从而达到扩充与缩减电池包模组数量或者提出一种基于类似结构的混合结构、或者将铝合金更换为镁合金、工程塑料等轻质材料)，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种铝合金电池包下壳体，包括边框结构(100)、横梁(200)、地板(300)和中间吊耳(400)，其特征在于：所述边框结构(100)由四个截面形状为“L”形的边框拼接形成；所述横梁(200)分成两组，每组横梁结构相同且平行设置，其中一组横梁截面形状为“倒T形”，另一组横梁截面形状为“阶梯形”，两组横梁与“L”形边框采用公端、母端的插接结构搭接后并焊接；所述地板(300)截面形状为“一”字形，所述地板(300)与横梁(200)、“L”形边框采用凸台、凹槽的插接结构搭接后并焊接；所述中间吊耳(400)包括圆柱形中空结构的中间吊耳主体(401)，中间吊耳主体(401)自下而上穿过“倒T形”横梁；中间吊耳主体(401)底部法兰(402)与“倒T形”横梁(210)下表面贴合，顶部与螺母(403)配合，圆环片(404)自上而下穿过中间吊耳主体(401)并采用MIG焊固定。
2.根据权利要求1所述的铝合金电池包下壳体，其特征在于：所述“L”形边框截面具体由依次排列的“目”字形空腔结构(111)和三角形空腔结构(112)一体成型，且“目”字形空腔结构(111)位于电池包内侧方向；所述“目”字形空腔结构上筋条(113)水平布置，下筋条(114)倾斜布置；所述“目”字形空腔结构(111)底部沿电池包内侧方向延伸出凸台(117)，且凸台(117)底部棱角位置设有凹槽A(118)，凸台(117)内部为中空结构，凸台(117)属于公端，用于插接并承载横梁(200)；所述三角形空腔结构(112)沿电池包高度方向设有吊耳安装孔A(119)，用于安装拉铆螺母与车架进行螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的铝合金电池包下壳体，其特征在于：所述截面形状为“倒T形”横梁具体由“日”字形空腔结构(211)和“口”字形空腔结构A(212)一体成型，且“日”字形空腔结构(211)位于中间，“口”字形空腔结构A(212)紧邻“日”字形空腔结构位于两侧；所述“倒T形”横梁(210)端部延伸出凸沿A(215)和翻边A(216)，凸沿A(215)与翻边A(216)共同构成母端，用于与2号边框(120)、4号边框(140)底部的凸台(117)进行插接；所述“日”字形空腔结构(211)中部设有吊耳安装孔B(214)，用于安装中间吊耳(400)。
4.根据权利要求1所述的铝合金电池包下壳体，其特征在于：所述截面形状为“阶梯”形横梁具体由依次排列的两个大小不同的“口”字形空腔结构B(221)一体成型，且在较大的“口”字形空腔结构B(221)底部棱角位置处沿其长度方向切除部分材料，用于与1号边框(110)、3号边框(130)底部凸台(117)进行插接；所述“阶梯”形横梁端部延伸出凸沿B(222)和翻边C(223)，凸沿B(222)与翻边C(223)共同构成母端，用于与2号边框(120)、4号边框(140)底部凸台(117)进行插接；较大的“口”字形空腔结构B(221)上部设有螺栓孔(224)，用于固定垫块(700)。
5.根据权利要求1所述的铝合金电池包下壳体，其特征在于：所述“一”字形地板(300)具体由依次排列的“口”字形空腔结构C(301)一体成型，所述“一”字形地板(300)端部底面延伸出翻边E(302)，用于与2号边框(120)、4号边框(140)底部凸台(117)的凹槽A(118)进行插接。
6.根据权利要求1、3、4、5任一项权利要求所述的铝合金电池包下壳体，其特征在于：所述截面形状为“倒T形”横梁最外侧“口”字形空腔结构A(212)延其长度方向的棱角位置分别设有凹槽B(217)或翻边B(218)；所述截面形状为“阶梯”形横梁中较小的“口”字形空腔结构B(221)延其长度方向棱角位置分别设有翻边D(226)或凹槽C(227)；所述地板两侧延其长度方向棱角位置处分别设有翻边E(302)和凹槽D(303)；所述横梁(200)与地板(300)采用翻边与凹槽的插接方式，其中横梁翻边与地板凹槽对应，横梁凹槽与地板翻边对应。
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