CN112803093A - 一种动力电池托盘及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力电池托盘及其制造方法，具备良好的散热功能，通过对冷却系统的结构设计进行改进，融合了风冷与水冷两种冷却形式，并采用单向流通的冷却液流道，提高了冷却液在托盘中的循环速率，进而提升了散热效果。还通过预埋冷却盒的方式进一步提高了水冷系统的密封性能，避免了冷却液泄露腐蚀动力电池包的问题。同时本发明通过具体选择铝合金材料作为电池托盘的制作材料，选用电磁辅助冲压成形、挤压压铸成型制造工艺作为动力电池托盘的制造方法，在满足动力电池托盘强度的同时实现了轻量化，并能保持良好的散热效率，提高了新能源汽车的续航能力与安全性能。

Description

一种动力电池托盘及其制造方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种散热效率高的动力电池托盘及其制造方法。

背景技术

随着节能环保的大力提倡，新能源在汽车领域的运用越来越广泛，以电动汽车为代表的续航里程与安全性得到普遍关注。大容量电池急需得到进一步研发，而现有技术中，大容量电池普遍采用堆叠方式进行组装，这就导致汽车在行驶时产生的大量热量无法很好地排出，造成热积聚而使电池性能下降，严重的热积聚甚至会导致汽车起火事故。基于此，电池系统的散热效率是考量安全性的重要依据。

目前，在动力电池包的设计中，传统外置冷却系统逐渐被淘汰，水冷系统与电池托盘整体化设计成为主流，这较大的提高了动力电池的散热效率。但其冷却液循环水道过于复杂，冷却液流通循环速率低，从而带来散热效果不佳等缺点。

基于此，本发明提出一种具有更高散热效率的动力电池托盘及其制造方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有更高散热效率的动力电池托盘及其制造方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种动力电池托盘，包括风冷层与承托部件；

所述风冷层包括若干个冷风通道；

所述承托部件包括若干个冷却液流道；

所述风冷层和所述承托部件设置在动力电池下方，所述风冷层与所述承托部件共同支撑所述动力电池，并辅助所述动力电池散热。

可选的，所述冷风通道为凹槽，所述凹槽开设在所述风冷层的上下两个表面上，分为上表面凹槽和下表面凹槽。

可选的，相邻两所述下表面凹槽之间有一所述上表面凹槽；所述风冷层的表面还涂覆有散热涂层。

可选的，所述冷却液流道两端设置有进液端板和出液端板，所述进液端板和所述出液端板上分别开设有进液通孔和出液通孔，所述进液通孔和所述出液通孔与所述冷却液流道的流道口对应设置。

可选的，所述冷却液流道内设置有预埋冷却盒，所述预埋冷却盒包括密封箱体，所述密封箱体上连接有进液管道和出液管道，所述进液管道和出液管道延伸出所述冷却液流道两端。

可选的，所述托盘还包括边框，所述边框用于固定所述风冷层与所述承托部件。

可选的，所述风冷层的材料为变形铝合金，所述承托部件的材料为铝硅系铸造铝合金，所述冷却液流道的材料为紫铜。

本发明还提供了一种动力电池托盘制造方法，用于制造上述的动力电池托盘，所述方法具体包括：

采用挤压压铸法制作承托部件，所述承托部件包括若干个冷却液流道；

利用电磁辅助冲压成形技术得到风冷层，所述风冷层包括若干个冷风通道；

采用搅拌摩擦焊方法将所述风冷层与所述承托部件固定连接。

可选的，在所述采用挤压压铸法制作承托部件之前，还包括：

制造预埋冷却盒：将粗铜放入冶炼炉中熔为液态，经过冶炼分离后得到液态纯铜，将所述液态纯铜传输至模具型腔中，冷却后即完成所述预埋冷却盒的制作。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中将风冷系统与水冷系统相结合，提升了动力电池托盘的散热性能，解决了现有技术中水冷集成式托盘冷却液循环速率低带来的散热效果不佳的问题；还通过预埋冷却盒的方式进一步提高了水冷系统的密封性能，避免了冷却液泄露腐蚀动力电池包的问题。同时本发明还选用电磁辅助冲压成形满足风冷层的成形精度和高强韧性要求；选用挤压压铸成型制造承托部件(水冷层)，保证冷却水道密封性的同时，提升了电池托盘的抗挤压变形能力；通过材料的选择与制造工艺相互配合在动力电池托盘满足强度的同时实现了轻量化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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为本发明实施例提供的一种动力电池托盘结构示意图；

图2为本发明实施例提供的动力电池托盘的风冷层结构示意图；

图3为本发明实施例提供的动力电池托盘的承托部件拆分结构示意图；

图4为本发明实施例提供的预埋冷却盒结构示意图；

图5为本发明实施例提供的动力电池托盘制造方法流程图；

图6为本发明实施例提供的安装完成的动力电池托盘整体示意图。

符号说明：

1-风冷层，2-承托部件，3-上表面凹槽，4-下表面凹槽，5-进液端板，6-出液端板，7-第一纵边框，8-第二纵边框，9-第一横边框，10-第二横边框，11-密封箱体，12-进液管道，13-出液管道；5-1-进液通孔，6-1-出液通孔，7-1-冷风通孔。

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。

本发明的目的是提供一种动力电池托盘及其制造方法，能够解决现有技术中由于冷却液循环水道过于复杂，冷却液流通循环速率低带来的散热效果不佳的问题，从而解决因散热问题带来的汽车安全隐患。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种动力电池托盘包括风冷层1与承托部件2；

所述风冷层1包括若干个冷风通道；

所述承托部件2包括若干个冷却液流道；

所述风冷层1和所述承托部件2设置在动力电池下方，所述风冷层1与所述承托部件2共同支撑所述动力电池，并辅助所述动力电池散热。

本实施例中通过对动力电池托盘的冷却系统结构进行设计，将风冷系统与水冷系统相融合，很好的提升了电池托盘的散热效率。

在实际使用过程中，为了更好的实现对动力电池的支撑与散热，所述风冷层1与所述承托部件2可层叠放置在动力电池下方，具体设置风冷层1在上、承托部件2在下或者设置承托部件2在上、风冷层1在下，可根据实际需要进行选择。还可以将风冷层1与承托部件2设置在同一平面上，共同实现对动力电池的承托、冷却作用，本发明对此不作具体限制，任何能够将风冷系统与水冷系统相结合，实现对动力电池承托、冷却的安装方式都将落入本发明的保护范围内。

为了进一步提高散热效率，还可以在所述风冷层1上涂覆一层散热涂层，辅助风冷层1进行散热。

所述冷风通道的形状、结构等均不作限制，只要能够满足冷风的顺畅通过以进行散热的要求即可，在实施过程中可根据实际情况进行设置。为了更清楚的对风冷层1的结构进行展示，本实施例具体选择凹槽作为冷风通道的形状进行举例说明。如图2中，所述凹槽开设在风冷层1的上下两个表面上，分为上表面凹槽3和下表面凹槽4。值得注意的是，“上表面”、“下表面”的描述仅是为了清楚的对两个表面的凹槽进行区分，并不意味着在安装时的上下位置，在实际安装应用中，本领域的技术人员可自行选择任一表面在上。

更具体的，相邻两所述下表面凹槽4之间有一所述上表面凹槽3，图2中上表面凹槽3的宽度小于下表面凹槽4的宽度，因此仅选择下表面凹槽4作为冷风通道进行辅助散热能够具有更高的散热效率。当然，也可以同时将上表面凹槽3与下表面凹槽4作为冷风通道进行通风散热，能够通入更多的冷风，达到的散热效果更好，但散热效率并不高。还可以调整上表面凹槽3与下表面凹槽4的宽度，使得所述上表面凹槽3与下表面凹槽4的宽度相等，此时将上表面凹槽3和下表面凹槽4同时作为冷风通道进行散热能够达到更好的散热效率。

与此同时，本实施例中提供的风冷层的结构设计，还能够在满足散热要求的同时降低风冷层的重量，实现风冷层的轻量化设计。

在冷风通道的位置分布上，可以如图2中设置8个规则的冷风通道，并将多个冷风通道规则的横向排列，从而在有限的面积上排列更多的冷风通道，起到增强散热效果的作用。

而散热系统的水冷部分与承托部件2集成设计。如图3所示，承托部件2中包括若干个冷却液流道。冷却液流道纵向设计，两端设置有进液端板5和出液端板6，所述进液端板5和所述出液端板6上分别开设有进液通孔5-1和出液通孔6-1，所述进液通孔5-1、所述出液通孔6-1与所述冷却液流道的流道口对应设置。所述冷却液流道为单向流道，相比传统冷却循环水道，提高了冷却液在托盘中的循环速率，进而提升了散热效果。

为了进一步提升水冷系统的密封性能，在每个冷却液流道中设置预埋冷却盒。如图4所示，预埋冷却盒包括密封箱体11，所述密封箱体11上连接有进液管道12和出液管道13，所述进液管道12和出液管道13延伸出所述冷却液流道两端，与所述进液通孔5-1和出液通孔6-1对应设置。该预埋冷却盒的结构避免了冷却液泄露腐蚀动力电池的问题，提高了动力电池托盘的安全性。

另外，在汽车行驶过程中，当发生碰撞时，电池托盘同样会受到撞击而发生挤压变形。为提高动力电池托盘的稳定性，本实施例提供的动力电池托盘还包括边框，用于固定风冷层1与承托部件2。而边框的结构与所述风冷层1、承托部件2的连接关系是相适应的。例如，当风冷层1与承托部件2堆叠设置时，所述边框可以如图3中具体给出的结构，包括第一纵边框7、第二纵边框8、第一横边框9和第二横边框10，四个边框围绕在风冷层1与承托部件2周围，对风冷层1和承托部件2进行固定。而当所述风冷层1与所述承托部件2位于同一平面时，所述边框则设置于风冷层1与承托部件2构成的图形周围，将风冷层1与承托部件2固定。

为了更好的承托动力电池，边框的高度可以设置为高于承托部件2与风冷层1的高度，达到防止动力电池在外力作用下产生位移的作用。

当然，基于冷却液流通与冷风流通的角度，所述边框上还设置有与冷却液流道、冷风通道开口相适应的通孔。具体的，在图3中，当风冷层1叠放于承托部件2上时，所述第一纵边框7和第二纵边框8上设置有与风冷层1的冷风通道开口相适应的冷风通孔7-1。而第一横边框9和第二横边框10可以与进液端板5和出液端板6一体成型，冷却液通过进液端板5上的进液通孔5-1和出液端板6上的出液通孔6-1流经承托部件完成散热。

而材料方面，通过合适的选材能够进一步提高动力电池托盘的散热效率，具体的，风冷层1可选用6000系列变形铝合金，其密度较小，可焊性和成形性较好，可用于冲压成型。承托部件2选用Al-Si系铸造铝合金，Si可以降低热裂倾向并提高气密性，该类铝合金具有优良的铸造性能，可用作压铸。冷却液流道选用紫铜铸造，紫铜的导热性能优异，其热导率仅次于银，同时又具有良好的耐腐蚀性，是作为冷却液流道的理想材料。石墨烯涂料作为新兴散热材料，导热性能好，导热效率高，且能完整保留电池托盘的机械性能，适合作为风冷层1涂层的填涂材料。

而同时，选用铝合金作为制造材料相较于传统高强钢而言能够在满足设计需求的同时实现轻量化设计，从而实现新能源汽车的轻量化设计，进而实现汽车续航里程的增加，进一步提升动力电池托盘的使用价值。

综上，本实施例提供的动力电池托盘将风冷系统与水冷系统相结合，在兼顾电池托盘散热效率的同时，保证电池托盘使用过程中所需强度并实现轻量化，简化工艺流程的同时降低成本。

实施例2

在现有工艺中，水冷集成式托盘通常选用低压铸造一体化成型，其密封性能好，但是强度有较大余量，轻量化效果不理想，而高压铸造一体成型在浇铸过程中由于壁厚过厚易产生气孔，导致其密封性较差，易发生冷却液泄漏进而腐蚀动力电池，除此之外，铸造铝合金由于其延伸率较低的特点，发生碰撞时易产生挤压变形，挤压压铸铝合金则能在一定程度上解决此问题，挤压铝合金拼焊也是常见工艺，整体性能上能够满足电池托盘的使用需求，且能达到轻量化的效果，但其制造工艺过于复杂，成本较高，仍需改进。

因此，作为本发明的另一实施例，提供一种用于制造实施例1中的动力电池托盘的方法，能够在满足汽车所需强度和散热性能的同时，保证冷却水道的密封性能并实现轻量化设计。如图5所示，具体包括：

S1:采用挤压压铸法制作承托部件2，所述承托部件2包括若干个冷却液流道；

S2:利用电磁辅助冲压技术得到风冷层1，所述风冷层1包括若干个冷风通道；

S3:采用搅拌摩擦焊方法将所述风冷层1与所述承托部件2固定连接。

在S1中，铝合金材料使得所述承托部件2具有更好的散热效率，且采用挤压压铸的方式能够有效保证托盘底板的密封性能，同时挤压压铸铝合金具有抗挤压，抗冲压的性能，能够很好地填补铝合金受延伸率较低影响所带来的变形问题。

在S2中，首先利用冲压技术完成风冷层1的预冲压成型，而后由于冲压件存在回弹等缺陷，在冲压完成后还可引入电磁辅助冲压成形技术，具体包括：

S2-1：电磁辅助冲压成形：利用电磁力对风冷层1的冲压边角进行修正即可完成风冷层1的最终成形。该技术能够有效抑制铝合金冲压件的回弹，进而提升风冷层1的整体结构强度。

风冷层1冲压成形完毕后，利用搅拌摩擦焊技术对风冷层1和承托部件2固定连接。当制造的电池托盘包括边框时，将所述边框与所述承托部件2共同进行挤压压铸一体成型，然后将成形的风冷层1嵌入到边框中，在风冷层1与边框的交界处利用搅拌摩擦焊技术进行连接。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术，其热输入低，接头力学性能优异，非常适合用作铝合金间的焊接，完整的电池托盘如图6所示。

为了增加动力电池托盘的密封性能，在制造承托部件2之前，还需要完成预埋冷却盒的铸造成型，然后再采用压铸完成承托部件2的整体成型。所述对预埋冷却盒的铸造成型方法包括：

S1-1:制造预埋冷却盒：将粗铜放入冶炼炉中熔为液态，经过冶炼分离后得到液态纯铜，将所述液态纯铜传输至模具型腔中，冷却后即完成所述预埋冷却盒的制作。

此外，作为动力电池的存储支撑板，当汽车处于正常行驶工况时，电池托盘将承受动力电池所施加的冲击载荷，这就要求电池托盘具有可靠的强度，因此现有动力电池托盘通常采用铸铝一体成型托盘来保证强度，但是其重量重，体积大，极大地增加了新能源汽车的行驶能耗，基于此，动力电池托盘具有非常大的轻量化设计潜能。

因此，本实施例中通过结构设计、材料选择和改进工艺，在对现有的动力电池散热系统性能进行提升的同时，实现了动力电池托盘的轻量化，从而实现了新能源汽车的轻量化，进而实现了汽车续航里程的增加，对新能源汽车的研究发展具有重要意义。

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的产品相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见产品部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种动力电池托盘，其特征在于，所述托盘包括风冷层与承托部件；

所述风冷层包括若干个冷风通道；

所述承托部件包括若干个冷却液流道；

所述风冷层和所述承托部件设置在动力电池下方，所述风冷层与所述承托部件共同支撑所述动力电池，并辅助所述动力电池散热。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池托盘，其特征在于，所述冷风通道为凹槽，所述凹槽开设在所述风冷层的上下两个表面上，分为上表面凹槽和下表面凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种动力电池托盘，其特征在于，相邻两所述下表面凹槽之间有一所述上表面凹槽；所述风冷层的表面还涂覆有散热涂层。

4.根据权利要求1所述的一种动力电池托盘，其特征在于，所述冷却液流道两端设置有进液端板和出液端板，所述进液端板和所述出液端板上分别开设有进液通孔和出液通孔，所述进液通孔和所述出液通孔与所述冷却液流道的流道口对应设置。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池托盘，其特征在于，所述冷却液流道内设置有预埋冷却盒，所述预埋冷却盒包括密封箱体，所述密封箱体上连接有进液管道和出液管道，所述进液管道和出液管道延伸出所述冷却液流道两端。

6.根据权利要求1所述的一种动力电池托盘，其特征在于，所述托盘还包括边框，所述边框用于固定所述风冷层与所述承托部件。

7.根据权利要求1所述的一种动力电池托盘，其特征在于，所述风冷层的材料为变形铝合金，所述承托部件的材料为铝硅系铸造铝合金，所述冷却液流道的材料为紫铜。

8.一种动力电池托盘制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1所述的动力电池托盘，所述方法具体包括：

采用挤压压铸法制作承托部件，所述承托部件包括若干个冷却液流道；

利用电磁辅助冲压成形技术得到风冷层，所述风冷层包括若干个冷风通道；

采用搅拌摩擦焊方法将所述风冷层与所述承托部件固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种动力电池托盘制造方法，其特征在于，在所述采用挤压压铸法制作承托部件之前，还包括：

制造预埋冷却盒：将粗铜放入冶炼炉中熔为液态，经过冶炼分离后得到液态纯铜，将所述液态纯铜传输至模具型腔中，冷却后即完成所述预埋冷却盒的制作。

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