CN112531267A - 一种轻量化的新能源汽车电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻量化的新能源汽车电池包，包括底板、与底板相对应的盖板和设于底板与盖板之间的围护组件，所述围护组件包括沿底板长度方向的对称设置的两侧板、沿底板宽度方向设置的连接两侧板的横板，所述侧板远离横板的一端设连接凸块，所述底板设于围护组件内的上表面设有加强横梁，所述横板和连接凸块均通过缓冲组件连接电池包，所述底板朝向围护组件的上表面、沿长度方向间隔均匀设有凹槽，所述围护组件采用夹层泡沫铝；本发明提供的新能源汽车电池包，在对电池包形成保护的前提下，减轻电池包的整体重量。

Description

一种轻量化的新能源汽车电池包
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种轻量化的新能源汽车电池包。
背景技术
轻量化就是根据社会、经济、环境等各方面的因素的要求，通过技术手段，在保证汽车性能要求的同时实现降低整个汽车整体的质量的目的。因此，汽车轻量化的前提是要保证汽车本身原有的性能不受影响，既要达到减少汽车自身重量的目的，也要保证汽车行驶的安全性、抗振性、舒适性及耐撞性。
相对于传统汽车，轻量化对于电动汽车更为重要，电动汽车使用的动力电池与传统汽车使用的液体燃料的比能量差距非常大，电动汽车的动力源是电池，占整车总质量一般在30％-40％左右，这样就导致在同等能耗(电耗量/100km)下电动汽车与传统汽车靠一次燃料补充的行驶距离有一定差距。因此，电动汽车的轻量化比传统汽车更加重要。减小电动汽车车身质量，延长一次充电的行驶距离，改善动力传动系统的负荷，从而提高电动汽车的效率。
电动汽车引入了动力电池从而使整车质量增加了20％-30％，在电池能量密度达到瓶颈的情况下，只能通过降低动力电池包质量来实现电池包轻量化的目的，这样才能实现装载更多电池，提高汽车动力性能。然而传统的钢制材料由于自身密度问题无法满足动力电池包的实际减重需求，因此，需要在材料、结构等方面对动力电池包的轻量化研究有所突破。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种轻量化的新能源汽车电池包，在对电池包形成保护的前提下，减轻电池包的整体重量。
本发明的目的是这样实现的：
一种轻量化的新能源汽车电池包，包括底板、与底板相对应的盖板和设于底板与盖板之间的围护组件，所述围护组件包括沿底板长度方向的对称设置的两侧板、沿底板宽度方向设置的连接两侧板的横板，所述侧板远离横板的一端设连接凸块，所述底板设于围护组件内的上表面设有加强横梁，所述横板和连接凸块均通过缓冲组件连接电池包，所述底板朝向围护组件的上表面、沿长度方向间隔均匀设有凹槽，所述围护组件采用夹层泡沫铝。
优选的，所述盖板、底板与围护组件之间形成容纳电池组的容置腔，所述围护组件与盖板和底板过盈配合，所述盖板和底板的面积大于围护组件，
优选的，所述侧板为方形板或向容置腔凹陷的弧形板。
优选的，所述底板的四周边对称设有焊点连接的吊耳，所述盖板与底板及加强横梁之间采用螺栓连接方式，所述盖板与围护组件之间、底板与围护组件之间均采用螺栓连接方式，所述盖板和底板与围护组件之间的间隙内填充密封圈，所述电池包与汽车之间采用约束吊耳孔全部自由度的方式。
优选的，所述夹层泡沫铝为金属板-泡沫铝-金属板的结构形式，所述加强横梁、底板和盖板均采用铝合金材质。
优选的，所述缓冲组件包括刚性弹簧杆和贴设在电池组端部表面的端板，所述刚性弹簧的一端固定连接端板，所述刚性弹簧的另一端固定连接围护组件。
优选的，所述盖板的上表面和底板的下表面均设有通过冲压加工的加强筋，所述底板下表面的加强筋采用方形机构，所述加强筋的起筋高度为5-10mm，所述加强筋的起筋角度为60-75°。
优选的，所述底板的底部螺栓连接有将底板与汽车车身连接的连接件，所述连接件包括呈十字交叉连接的第一钢杆和第二钢杆，所述第一钢杆沿底板的长度方向与底板连接，所述第二钢杆沿底板的宽度方向与底板连接，所述第一钢杆设2-4个，所述第二钢杆设3-5个，所述第一钢杆和第二钢杆的交叉处通过固定座连接。
优选的，所述凹槽内连接有冷却管，所述连接凸块上设有束线孔。
优选的，所述加强横梁和连接件上均设有减重通槽。
优选的，所述夹层泡沫铝采用熔体发泡工艺制备，所述夹层泡沫铝包括上封板、下封板和夹心设在上封板和下封板之前的泡沫铝，所述上封板采用Q235钢，所述下封板采用铝合金，所述夹层泡沫铝的密度ρ为5.9-6.8×109ton/mm3，所述夹层泡沫铝的泊松比υ为0.25-0.3，所述夹层泡沫铝的最大应力E为2.86-4.05Mpa，所述夹层泡沫铝的孔隙率W为68-79％。
优选的，所述夹层泡沫铝的密度ρ、泊松比υ和最大应力E之间满足ρυ/E大于0.54×109且小于等于0.65×109。
优选的，所述夹层泡沫铝的泡沫铝的厚度为4-8mm。
优选的，所述夹层泡沫铝的比表面积为103-104m2/m3，所述夹层泡沫铝与铝的密度比为0.06-0.15，所述夹层泡沫铝的比刚度为2.6-4.8×10-3(Gpa)1/3/(kg/m3),所述夹层泡沫铝的强度-重量比为2×10-3-0.8×10-2(MPa)1/3/(kg/m3)。
优选的，所述加强横梁为网格状中空结构，所述加强横梁的网格状与电池组的尺寸相适配，所述盖板和底板之间的容置腔内还设有固定电池组的保持架，所述保持架采用铝片。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种轻量化的新能源汽车电池包，选择密度小的铝合金作为盖板和底板，选择带有泡沫夹层的夹层泡沫铝作为电池组周围的围护结构，从整体上减轻电池包的重量，底板和盖板的面积均大于侧板和横板围成的围护结构的面积，底板和盖板过盈配合的部分对侧板形成保护，避免在电池包受到撞击时直接对侧板造成损伤，电池组与围护组件的两端均通过由刚性弹簧组成的缓冲组件连接，当汽车突然启停时，避免电池组与电池包的直接撞击，在汽车启停及运行过程中对电池组形成保护。
2、本发明提供的一种轻量化的新能源汽车电池包，底板上表面的凹槽结构一方面可以减轻底板的重量，另一方面，在凹槽内嵌入冷却管，可以对电池组进行降温散热，具有减重通槽的加强横梁既可对底板形成稳固支撑，又可减轻底板的重量。
3、本发明提供的一种轻量化的新能源汽车电池包，采用钢-泡沫铝-铝合金组成的围护组件，减轻了电池包的总重量，同时夹层泡沫铝在碰撞过程中吸收的能量大于单纯的钢或铝合金材质，泡沫铝外层的钢和铝合金的金属刚度均大于泡沫铝，增强了泡沫铝的屈服极限值，在碰撞过程中对电池起到更好的保护效果。
附图说明
图1是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包结构示意图。
图2是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包围护组件示意图。
图3是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包加强横梁示意图。
图4是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包底板上表面示意图。
图5是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包底板下表面示意图。
图6是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包夹层泡沫铝示意图。
图7是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包缓冲组件示意图。
图8是本发明一种轻量化的新能源汽车电池包连接件示意图。
图中：1、盖板；2、围护组件；201、侧板；202、横板；203、连接凸块；3、底板；4、上封板；5、泡沫铝；6、下封板；7、端板；8、刚性弹簧；9、加强筋；10、第一钢杆；11、第二钢杆；12、固定座；13、加强横梁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1，一种轻量化的新能源汽车电池包，包括底板3、与底板3相对应的盖板1和设于底板3与盖板1之间的围护组件2，所述盖板1、底板3与围护组件2之间形成容纳电池组的容置腔，所述围护组件2与盖板1和底板3过盈配合，所述盖板1与围护组件2之间、底板3与围护组件2之间均采用螺栓连接方式，所述盖板1和底板3的面积大于围护组件2，盖板1和底板3对围护组件2形成保护边，在电池包受到撞击时，保护边对围护组件2内的电池组形成第一道防护线。
结合图2，所述围护组件2包括沿底板3长度方向的对称设置的两侧板201、沿底板3宽度方向设置的连接两侧板201的横板202，所述侧板201远离横板202的一端设连接凸块203，所述侧板201为方形板或向容置腔凹陷的弧形板，侧板201为弧形板时，在电池包受到撞击时，弧形板的上下两侧先受到冲击力，对弧形板形成一定的保护，对电池组形成第二道防护线。
结合图3，所述底板3设于围护组件2内的上表面设有加强横梁13，所述加强横梁13为交错的工型结构，所述盖板1与底板3及加强横梁13之间采用螺栓连接方式，方便拆卸和更换电池，加强横梁13包括平行设置的横杆一、横杆二、横杆三、横杆四及垂直横杆一、横杆二、横杆三、横杆四的竖杆一和竖杆二，所述竖杆一和竖杆二的一端贯穿横杆三并与横杆四连接，所述竖杆一和竖杆二的另一端贯穿横杆二并与横杆一连接，加强横梁13上设有减重的减重通槽，加强横梁13的盲端与底板3的内部四周侧壁固定连接，加强横梁13的工型结构的空隙形成网格结构，对电池组进行限位。
实施例2
在实施例1的基础上，结合图4和图5，所述底板3朝向围护组件2的上表面、沿长度方向间隔均匀设有凹槽301，在凹槽301内嵌入冷却管，凹槽301一方面可以减轻底板的重量，另一方面，凹槽301内的冷却管可对电池组进行降温散热，维护电池包内运行环境的稳定。
所述盖板1的上表面和底板3的下表面均设有通过冲压加工的加强筋9，所述底板3下表面的加强筋9采用方形结构，所述加强筋9的起筋高度为5-10mm，所述加强筋9的起筋角度为60-75°。
实施例3
结合图1和图6，所述加强横梁13、底板3和盖板1均采用铝合金材质，所述围护组件2采用夹层泡沫铝，所述夹层泡沫铝为金属板-泡沫铝-金属板的结构形式，所述夹层泡沫铝包括上封板4、下封板6和夹心设在上封板4和下封板6之前的泡沫铝5，所述上封板4采用Q235钢，所述下封板6采用铝合金。
所述夹层泡沫铝的密度ρ为5.9-6.8×109ton/mm3，所述夹层泡沫铝的泊松比υ为0.25-0.3，所述夹层泡沫铝的最大应力E为2.86-4.05Mpa，所述夹层泡沫铝的孔隙率W为68-79％，所述夹层泡沫铝的密度ρ、泊松比υ和最大应力E之间满足ρυ/E大于0.54×109且小于等于0.65×109。
所述夹层泡沫铝的泡沫铝的厚度为4-8mm，所述夹层泡沫铝的比表面积为103-104m2/m3，所述夹层泡沫铝与铝的密度比为0.06-0.15，所述夹层泡沫铝的比刚度为2.6-4.8×10-3(Gpa)1/3/(kg/m3),所述夹层泡沫铝的强度-重量比为2×10-3-0.8×10-2(MPa)1/3/(kg/m3)，采用钢-泡沫铝-铝合金组成的围护组件，减轻了电池包的总重量，同时夹层泡沫铝在碰撞过程中吸收的能量大于单纯的钢或铝合金材质，泡沫铝外层的钢和铝合金的金属刚度均大于泡沫铝，增强了泡沫铝的屈服极限值，在碰撞过程中对电池起到更好的保护效果。
铝合金相较于其他的轻质金属材料或复合材料而言，铝合金的成型性能好、成本低，采用的铝合金型号为Al-S-6000，弹性模量为6.45-6.95×104Mpa，屈服强度为138-143Mpa，抗拉强度为225-313Mpa。
实施例4
结合图7，所述横板202和连接凸块203均通过缓冲组件连接电池组，所述缓冲组件包括刚性弹簧8和贴设在电池组端部表面的端板7，所述刚性弹簧8的一端固定连接端板7，所述刚性弹簧8的另一端固定连接围护组件2，当汽车突然启停时，避免电池组与电池包的直接撞击，在汽车启停及运行过程中对电池组形成保护。
实施例5
结合图8，所述底板3的底部螺栓连接有将底板3与汽车车身连接的连接件，所述连接件包括呈十字交叉连接的第一钢杆10和第二钢杆11，所述第一钢杆10沿底板3的长度方向与底板3连接，所述第二钢杆11沿底板3的宽度方向与底板3连接，所述第一钢杆10设2-4个，所述第二钢杆11设3-5个，所述第一钢杆10和第二钢杆11的交叉处通过固定座12连接，通过连接件将整个电池包与车身固定。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：包括底板(3)、与底板(3)相对应的盖板(1)和设于底板(3)与盖板(1)之间的围护组件(2)，所述围护组件(2)包括沿底板(3)长度方向的对称设置的两侧板(201)、沿底板(3)宽度方向设置的连接两侧板(201)的横板(202)，所述侧板(201)远离横板(202)的一端设连接凸块(203)，所述底板(3)设于围护组件(2)内的上表面设有加强横梁(13)，所述底板(3)朝向围护组件(2)的上表面、沿长度方向间隔均匀设有凹槽(301)，所述围护组件(2)采用夹层泡沫铝。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述盖板(1)、底板(3)与围护组件(2)之间形成容纳电池组的容置腔，所述围护组件(2)与盖板(1)和底板(3)过盈配合，所述盖板(1)和底板(3)的面积大于围护组件(2)，所述横板(202)和连接凸块(203)均通过缓冲组件连接电池组。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述侧板(201)为方形板或向容置腔凹陷的弧形板。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述底板(3)的四周边对称设有焊点连接的吊耳，所述盖板(1)与底板(3)及加强横梁(13)之间采用螺栓连接方式，所述盖板(1)与围护组件(2)之间、底板(3)与围护组件(2)之间均采用螺栓连接方式，所述盖板(1)和底板(3)与围护组件(2)之间的间隙内填充密封圈，所述电池包与汽车之间采用约束吊耳孔全部自由度的方式。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述夹层泡沫铝为金属板-泡沫铝-金属板的结构形式，所述加强横梁(13)、底板(3)和盖板(1)均采用铝合金材质。
6.根据权利要求5所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述夹层泡沫铝包括上封板(4)、下封板(6)和夹心设在上封板(4)和下封板(6)之前的泡沫铝(5)，所述上封板(4)采用Q235钢，所述下封板(6)采用铝合金。
7.根据权利要求2所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述缓冲组件包括刚性弹簧(8)和贴设在电池组端部表面的端板(7)，所述刚性弹簧(8)的一端固定连接端板(7)，所述刚性弹簧(8)的另一端固定连接围护组件(2)。
8.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述盖板(1)的上表面和底板(3)的下表面均设有通过冲压加工的加强筋(9)，所述底板(3)下表面的加强筋(9)采用方形结构，所述加强筋(9)的起筋高度为5-10mm，所述加强筋(9)的起筋角度为60-75°。
9.根据权利要求1所述的一种轻量化的新能源汽车电池包，其特征在于：所述底板(3)的底部螺栓连接有将底板(3)与汽车车身连接的连接件，所述连接件包括呈十字交叉连接的第一钢杆(10)和第二钢杆(11)，所述第一钢杆(10)沿底板(3)的长度方向与底板(3)连接，所述第二钢杆(11)沿底板(3)的宽度方向与底板(3)连接，所述第一钢杆(10)设2-4个，所述第二钢杆(11)设3-5个，所述第一钢杆(10)和第二钢杆(11)的交叉处通过固定座(12)连接。
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