CN111439106A - 一种金属与复合材料结合的电池箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了汽车零部件技术领域的一种金属与复合材料结合的电池箱，包括金属和复合材料结合的电池箱，所述电池箱由高强度金属的框架、复合材料的上壳体、复合材料的中间壳体、复合材料的下壳体、密封胶层和密封胶条这六个部件组成，根据电池箱的结构特点和技术要求，在电池箱不同位置应用了不同的材料，充分发挥各自材料发优点，降低生产成本，在满足电池箱刚度要求的同时最大限度的降低了框架重量，分散了局部应力，提高了连接可靠性。

Description

一种金属与复合材料结合的电池箱
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体为一种金属与复合材料结合的电池箱。
背景技术
随着国家对电动汽车行业的政策调整，对电动汽车的轻量化和成本提出了更高的要求，电池箱体作为电动汽车的一个重要组成部分，要求电池箱制造成本更低、单位体积内的重量更轻，同时又不能影响电池箱体的结构强度和其它性能。
电池箱的基本功能即容纳和保护电池组，起结构必须保证保留最大的容纳空间基础上满足足够的强度，考虑到节省布置空间。并满足汽车多变的运行环境，电池箱的设计推荐使用框架结构，即边框、底框使用型材焊接，材料厚度推荐>3mm，型材外卖或双面焊接蒙皮。电池箱外形首选规则长方体，并根据布置要求可适当调整。
目前行业内电池箱多用通过铝合金铸造、钣金、冲压的方式生产，铸铝件容易产生铸造缺陷，并且工艺复杂，钣金和冲压的方式产品的一致性差。上述几种电池箱都存在结构重量偏重、报废率、成本偏高、密封性不好的问题，无法很好满足电动汽车轻量化、低成本的发展趋势。基于此，本发明设计了一种金属与复合材料结合的电池箱，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属与复合材料结合的电池箱，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属与复合材料结合的电池箱，包括金属和复合材料结合的电池箱，所述电池箱由高强度金属的框架、复合材料的上壳体、复合材料的中间壳体、复合材料的下壳体、密封胶层和密封胶条这六个部件组成；
高强度金属的所述框架由横梁、边梁、安装耳、铆接螺柱、定位销、耳孔衬套共六种构件组成；
复合材料的所述上壳体通过密度低的SMC片状模塑料或连续纤维增强复合材料热压成型；
复合材料的所述中间壳体材料和成型方法与复合材料的上壳体相同，所述中间壳体上设置加强筋，加强筋和中间壳体通过模具一体成型；
复合材料的所述下壳体其材料和成型方法与复合材料的上壳体相同，复合材料的下壳体上设置带有内螺纹的金属嵌件，且金属嵌件和下壳体一体成型；
所述密封胶层涂刷在框架上；
所述密封胶条通过模压或挤出成型。
优选的，所述电池箱通过框架上的安装耳和耳孔衬套螺接或铆接在车装架上，同时通过定位销和车架连接。
优选的，所述横梁、边梁、安装耳、定位销、耳孔衬套之间通过电阻焊连接，铆接螺柱在横梁上通过激光制孔后铆接固定。
优选的，所述横梁、边梁、安装耳的截面形状通过高强度钢板热轧成型后焊接封口。
优选的，复合材料的树脂基体是不饱和聚酯或乙烯基聚酯或环氧树脂或酚醛树脂其任意一种。
优选的，复合材料的增强体是连续玻璃纤维或连续碳纤维或织物或短切玻璃纤维或短切碳纤维其任意一种。
优选的，所述金属嵌件外部滚花处理，金属嵌件的材质是不锈钢或碳钢或铝合金其任意一种。
优选的，所述密封胶层的材料是聚氨酯胶或硅酮胶或MS胶其任意一种。
优选的，所述密封胶条的材质是聚氨酯橡胶或三元乙丙橡胶或硅橡胶或丁腈橡胶或热塑性弹性体橡胶其任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明兼有金属电池箱与复合材料电池箱的优点，
(1)通过多种材料复合、多种工艺复合，充分发挥不同材料、不同工艺各自优势；
(2)高强度钢框架构件和焊接可以实现连续/自动化生产，适合批量生产，从而降低了框架的成本；
(3)复合材料上、中间、下壳体可通过连续、半连续的热压方式成型，降低生产成本；
(4)利用高强度钢强度/刚度大的优点，使高强度钢框架承载大部分电池模组的重量，进一步降低复合材料壳体的重量；
(5)使用高强度钢材作为框架材料，在满足电池箱刚度要求的同时最大限度的降低了框架重量；
(6)复合材料壳体连接位置设置金属嵌件，分散了局部应力，提高了连接可靠性；
(7)框架耳孔衬套可以分散安装时螺栓预紧/铆接产生的局部应力，提高了连接可靠性；
(8)密封胶层对电池箱壳体有密封、缓冲效果，缓解框架对壳体的摩擦和挤压，提高了电池箱的抗扭转刚度，从而提高壳体和框架之间的连接可靠性；
(9)安装耳孔附近设置的定位销，防止了电池箱在颠簸时发生窜动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电池箱总成图；
图2为本发明电池箱总成拆分图；
图3为本发明高强度钢框架结构图；
图4为本发明高强度钢框架俯视结构图；
图5为本发明复合材料上壳体结构图；
图6为本发明复合材料中间壳体外部结构图；
图7为本发明复合材料中间壳体内部结构图；
图8为本发明复合材料下壳体结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
如图1所示，金属和复合材料结合的电池箱01-00由高强度金属框架01-01，复合材料上壳体01-02，复合材料中间壳体01-03，复合材料下壳体01-04，密封胶层01-05、密封胶条01-06六个部件组成。
根据电池箱01-00的结构特点和技术要求，在电池箱01-00不同位置应用了不同的材料，充分发挥各自材料发优点，受力小的上壳体01-02、中间壳体01-03、下壳体01-04采用密度较小的复合材料，框架01-01主承力部分采用高强度钢，密封胶层01-05采用高抗剪强度、高弹性密封胶，密封胶条01-06采用抗蠕变、耐老化的橡胶材料。
如图2所示，电池箱01-00通过框架01-01上通过安装耳01-01-3和耳孔衬套01-01-6螺接或铆接在车装架上，同时通过定位销01-01-5和车架连接。
如图3和图4所示，高强度钢框架01-01由横梁01-01-1、边梁01-01-2、安装耳01-01-3、铆接螺柱01-01-4、定位销01-01-5、耳孔衬套01-01-6共六种构件组成，横梁01-01-1、边梁01-01-2、安装耳01-01-3、定位销01-01-5、耳孔衬套01-01-6之间通过电阻焊连接，铆接螺柱01-01-4在横梁01-01-1上激光制孔后铆接固定。横梁01-01-1、边梁01-01-2、安装耳01-01-3的截面形状通过高强度钢板热轧成型后焊接封口。
框架01-01是整个电池箱体01-00的主承力部分，框架01-01整体壁厚设计较薄，以充分高强度钢强度大、刚度高的优势，相比一般钢材，高强度钢在保证电池箱01-00结构强度的同时又降低了结构重量。
电池模组的重量主要由金属框架01-01承担，受力小的复合材料的上壳体01-02、中间壳体01-03、下壳体01-04壁厚可以更薄，从而进一步降低壳体重量。
高强度钢材框架01-01的横梁01-01-1、边梁01-01-2、安装耳01-01-3、耳孔衬套01-01-6部分的成型和焊接可以实现连续自动化，从而降低成本。
在框架01-01上制孔，安装铆接螺柱01-01-4作为电池模组和壳体的安装点，在安装耳孔位置设置耳孔衬套01-01-6，耳孔衬套01-01-6可以分散安装时螺栓预紧/铆接产生的局部应力，防止螺栓预紧/铆接时压变形。安装耳01-01-3附近位置设置两个定位销01-01-5，防止汽车颠簸时电池箱01-00因螺栓、铆钉预紧摩擦力不足造成电池箱01-00窜动。
如图5所示，复合材料上壳体01-02通过密度低的SMC片状模塑料或连续纤维增强复合材料热压成型，复合材料的树脂基体是不饱和聚酯或乙烯基聚酯或环氧树脂或酚醛树脂其任意一种，复合材料的增强体是连续玻璃纤维或连续碳纤维或织物或短切玻璃纤维或短切碳纤维其任意一种。
如图6和图7所示，复合材料中间壳体01-03材料和成型方法与复合材料上壳体01-02相同，考虑到中间壳体01-03需要承受一部分电池模组的重量，所以在中间壳体01-03上设置加强筋，以提高其结构强度，加强筋和中间壳体01-03通过模具一体成型。
如图8所示，复合材料下壳体01-04材料和成型方法与复合材料上壳体01-02相同，复合材料下壳体01-03设置带有内螺纹的金属嵌件，金属嵌件和下壳体01-03一体成型，金属嵌件外部滚花处理，防止剥离，以提高和下壳体01-03的连接强度。金属嵌件的材质是不锈钢或碳钢或铝合金其任意一种。
在复合材料中间壳体01-03上部安装金属嵌件并攻螺纹作为电池模组的安装点，嵌件和中间壳体01-03一体成型，通过金属嵌件分散复合材料中间壳体01-03受力时的局部应力集中。
复合材料上壳体01-02、中间壳体01-03、下壳体01-04采用密度低的SMC片状模塑料或连续纤维增强复合材料通过热压方式成型，原料易得，可以实现连续或半连续生产，从而实现低成本。采用密度低的SMC片状模塑料或连续纤维增强复合材料韧性差，应力集中系数比金属高，汽车行驶过程中电池箱01-00颠簸和振动，局部应力过大，可能会造成壳体开裂，在复合材料下壳体01-04螺栓安装孔位置设置金属嵌件并攻螺纹，金属嵌件和复合材料一体复合成型。通过金属嵌件分散复合材料下壳体的局部应力集中。
如图2所示，密封胶层01-05涂刷在金属的框架01-01上，固化后将金属框架01-01和下壳体01-04粘接，密封胶层01-05的材料是聚氨酯胶或硅酮胶或MS胶其任意一种。
如图2所示，密封胶条01-06通过模压或挤出成型，密封胶条01-06的材质是聚氨酯橡胶或三元乙丙橡胶或硅橡胶或丁腈橡胶或热塑性弹性体橡胶其任意一种。
上壳体01-02与框架01-01接触位置，下壳体01-04与框架01-01接触位置设置高剪切强度、高弹性密封胶层01-05，密封胶层01-05除了起密封和缓冲作用，利用胶层的高弹性，可以缓解框架01-01和壳体接触时变形不一致产生的摩擦和挤压，提高壳体的使用寿命。高剪切强度的胶层将框架01-01和壳体粘接，这提高了整个电池箱01-00的抗扭转刚度。
上壳体上壳体01-02和下壳体01-03之间的密封通过连接铆接螺柱01-01-4上的螺母预紧施加压力压缩密封胶条01-06实现。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：包括金属和复合材料结合的电池箱(01-00)，所述电池箱(01-00)由高强度金属的框架(01-01)、复合材料的上壳体(01-02)、复合材料的中间壳体(01-03)、复合材料的下壳体(01-04)、密封胶层(01-05)和密封胶条(01-06)这六个部件组成；
高强度金属的所述框架(01-01)由横梁(01-01-1)、边梁(01-01-2)、安装耳(01-01-3)、铆接螺柱(01-01-4)、定位销(01-01-5)、耳孔衬套(01-01-6)共六种构件组成；
复合材料的所述上壳体(01-02)通过密度低的SMC片状模塑料或连续纤维增强复合材料热压成型；
复合材料的所述中间壳体(01-03)材料和成型方法与复合材料的上壳体(01-02)相同，所述中间壳体(01-03)上设置加强筋，加强筋和中间壳体(01-03)通过模具一体成型；
复合材料的所述下壳体(01-04)其材料和成型方法与复合材料的上壳体(01-02)相同，复合材料的下壳体(01-03)上设置带有内螺纹的金属嵌件，且金属嵌件和下壳体(01-03)一体成型；
所述密封胶层(01-05)涂刷在框架(01-01)上；
所述密封胶条(01-06)通过模压或挤出成型。
2.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述电池箱(01-00)通过框架(01-01)上的安装耳(01-01-3)和耳孔衬套(01-01-6)螺接或铆接在车装架上，同时通过定位销(01-01-5)和车架连接。
3.根据权利要求2所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述横梁(01-01-1)、边梁(01-01-2)、安装耳(01-01-3)、定位销(01-01-5)、耳孔衬套(01-01-6)之间通过电阻焊连接，铆接螺柱(01-01-4)在横梁(01-01-1)上通过激光制孔后铆接固定。
4.根据权利要求3所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述横梁(01-01-1)、边梁(01-01-2)、安装耳(01-01-3)的截面形状通过高强度钢板热轧成型后焊接封口。
5.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：复合材料的树脂基体是不饱和聚酯或乙烯基聚酯或环氧树脂或酚醛树脂其任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：复合材料的增强体是连续玻璃纤维或连续碳纤维或织物或短切玻璃纤维或短切碳纤维其任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述金属嵌件外部滚花处理，金属嵌件的材质是不锈钢或碳钢或铝合金其任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述密封胶层(01-05)的材料是聚氨酯胶或硅酮胶或MS胶其任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种金属与复合材料结合的电池箱，其特征在于：所述密封胶条(01-06)的材质是聚氨酯橡胶或三元乙丙橡胶或硅橡胶或丁腈橡胶或热塑性弹性体橡胶其任意一种。
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