CN113363656A - 一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构 - Google Patents

一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，包括上盖板、左边梁、右边梁、前边梁、后边梁、横梁、纵梁和底板，左边梁与右边梁左右对称布置，前边梁与后边梁前后对称布置，左边梁、右边梁、前边梁和后边梁围合成矩形框架，矩形框架安装在底板上，矩形框架与底板构成电池箱体本体，左边梁与右边梁之间安装有横梁，前边梁与后边梁之间安装有纵梁，横梁与纵梁垂直交叉布置，电池箱体本体顶端盖设有上盖板，电池箱体本体、上盖板、横梁、纵梁构成电池箱体；本发明同现有技术相比，提供了一种钢铝复合的轻量化、低成本的电池箱体结构，能够减轻电池箱体重量，降低成本，解决了传统铝合金材料结构电池箱体重量大、成本高的问题。

Description

一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构
[技术领域]
本发明涉及汽车电池包技术领域，具体地说是一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构。
[背景技术]
全球汽车行业面临着能源短缺、环境污染、气候变暖等共同挑战，使得新能源汽车已成为必然趋势。研究表明，新能源汽车重量减轻50kg，可增加续航里程5-7km，降低能耗2-3％。占整车重量25％的电池包，轻量化是必然趋势，也是降低能耗的必经之路。
目前，作为电池包重要组成部分的电池箱体，普遍采用铝合金材料结构。基于铝合金材料强度特点，需要通过增加底板厚度、加强横梁和纵梁断面结构设计而提高电池箱体结构刚度和耐柱碰性能；同时，又需要单独增加一块底护板，以避免因电池跌落、底部机械冲击而引起的电池安全问题，导致铝合金材料结构电池箱体的轻量化效果并没有优势，反而重于行业平均水平9.5％。由于铝合金原材料成本约是钢材的2倍，所以铝合金材料结构电池箱体的生产成本明显偏高，且不具备竞争优势。若能提供一种新型结构电池箱体，从材料、结构、工艺上进行技术优化，以解决铝合金材料结构电池箱体重量大、成本高的问题，将对促进电池箱体设计技术创新具有很好的促进作用。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种钢铝复合的轻量化、低成本的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，能够减轻电池箱体重量，降低成本，解决了传统铝合金材料结构电池箱体重量大、成本高的问题。
为实现上述目的设计一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，包括上盖板1、左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5、横梁6、纵梁7和底板8，所述左边梁2与右边梁3左右对称布置，所述前边梁4与后边梁5前后对称布置，所述左边梁2、右边梁3、前边梁4和后边梁5围合成矩形框架，所述矩形框架安装在底板8上，所述矩形框架与底板8构成电池箱体本体，所述左边梁2与右边梁3之间安装有横梁6，所述前边梁4与后边梁5之间安装有纵梁7，所述横梁6与纵梁7垂直交叉布置，所述电池箱体本体顶端盖设有上盖板1，所述电池箱体本体、上盖板1、横梁6、纵梁7构成电池箱体，所述电池箱体本体采用铝合金材料制成，所述上盖板1、横梁6、纵梁7采用钢材料制成。
进一步地，所述上盖板1采用普通软钢钢板材料冲压成型，所述上盖板1的厚度为0.5-0.7mm，所述上盖板1为平面板状，所述上盖板1上设置有加强筋。
进一步地，所述左边梁2、右边梁3采用铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，所述左边梁2、右边梁3的纵截面均呈L型，且内部空腔均分为若干个矩形、梯形或三角形腔体。
进一步地，所述前边梁4、后边梁5采用铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，所述前边梁4、后边梁5的纵截面均呈C型，且内部空腔均分为若干个矩形或三角形腔体。
进一步地，所述横梁6、纵梁7采用HC980QP或HC980DP高强钢冲压成型，且厚度均为1.2-1.8mm。
进一步地，所述横梁6设置有1-3条，所述横梁6分布于汽车车身中立柱位置处。
进一步地，所述底板8采用铝合金材料挤压成型，所述底板8的厚度为2.5-3.5mm。
进一步地，所述电池箱体本体由底板8与左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5之间采用搅拌摩擦焊工艺连接而成。
进一步地，所述横梁6与左边梁2、右边梁3之间，以及纵梁7与前边梁4、后边梁5之间，以及上盖板1与电池箱体本体之间均采用流钻螺钉连接工艺。
进一步地，所述电池箱体呈不规则长方体，电池箱体的外部尺寸范围为：长度1500-2400mm，宽度1000-1800mm，高度120-200mm。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明提供了一种适用于纯电动汽车的钢铝复合的轻量化、低成本电池箱体，充分发挥先进高强钢、铝合金材料等性能特点，以减轻电池箱体重量、降低成本；
(2)本发明采用钢铝符合结构，充分发挥高强钢、铝合金等轻质材料性能优势，既满足电池箱体结构耐久、刚度、振动、跌落等性能要求，搭载整车后与车身边梁组合后又能起到保护电池模组的作用；
(3)电池箱体本体均采用挤压变形铝合金材料，且采用搅拌摩擦焊工艺，有效确保了箱体的气密性、防水性；
(4)本发明与同等尺寸的纯铝合金电池箱体相比，减重15-18％，成本降低22-25％，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、上盖板 2、左边梁 3、右边梁 4、前边梁 5、后边梁 6、横梁 7、纵梁 8、底板。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图1所示，本发明提供了一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，包括上盖板1、左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5、横梁6、纵梁7和底板8，左边梁2与右边梁3左右对称布置，前边梁4与后边梁5前后对称布置，左边梁2、右边梁3、前边梁4和后边梁5围合成矩形框架，矩形框架安装在底板8上，矩形框架与底板8构成电池箱体本体，左边梁2与右边梁3之间安装有横梁6，前边梁4与后边梁5之间安装有纵梁7，横梁6与纵梁7垂直交叉布置，电池箱体本体顶端盖设有上盖板1，电池箱体本体采用铝合金材料制成，上盖板1、横梁6、纵梁7采用钢材料制成，电池箱体本体、上盖板1、横梁6、纵梁7构成电池箱体；该电池箱体呈不规则的长方体，其外部尺寸范围为：长1500-2400mm，宽1000-1800mm，高120-200mm。
其中，上盖板1采用普通软钢钢板材料(DC系列)冲压成型，上盖板1的厚度为0.5-0.7mm，上盖板1为平面板状，上盖板1上设置有加强筋，即结构上以平面为主，加以加强筋，以提高盖板整体刚度。左边梁2、右边梁3采用变形铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，左边梁2、右边梁3的纵截面均呈L型，即外部轮廓采用L型结构，内部空腔均分为若干个矩形、梯形或三角形腔体。前边梁4、后边梁5采用变形铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，前边梁4、后边梁5的纵截面均呈C型，即外部轮廓采用C型结构，内部空腔均分为若干个矩形或三角形腔体。
本发明中，横梁6、纵梁7采用HC980QP或HC980DP先进高强钢冲压成型，且厚度均为1.2-1.8mm；根据碰撞安全设计要求，横梁6可设置1-3条，分布于汽车车身中立柱位置附近。底板8采用变形铝合金材料挤压成型，底板8的厚度为2.5-3.5mm。电池箱体本体由底板8与左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5之间采用搅拌摩擦焊工艺连接而成，同时确保其良好的密封性。横梁6与左边梁2、右边梁3之间，以及纵梁7与前边梁4、后边梁5之间之间采用流钻螺钉连接工艺(FDS连接工艺)。上盖板1与电池箱体本体之间采用流钻螺钉连接工艺(FDS连接工艺)。
作为具体实施例，本发明提供了一种钢铝复合的先进电池箱体，由盖板1、左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5、横梁6、纵梁7、底板8等构成；该电池箱体呈不规则的长方体，其外部尺寸为长2000mm，宽1550mm，高160mm。上盖板1采用普通软钢钢板材料DC03冲压成型得到，厚度为0.65mm，结构上以平面为主，加以加强筋，提高盖板整体刚度。左边梁2、右边梁3采用变形铝合金材料挤压成型，钣金厚度为分别为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm，外部轮廓采用L型结构，内部空腔分为矩形、梯形、三角形腔体。前边梁4、后边梁5采用变形铝合金材料挤压成型，钣金厚度为1.5mm、1.8mm，外部轮廓采用C型结构，内部空腔分为矩形、三角形腔体。横梁6采用HC980QP先进高强钢冲压成型而成，厚度为1.2mm，且一根横梁通过法兰面与侧边梁通过流钻螺钉连接工艺(FDS连接工艺)实现连接，置于电池箱体中间，且为车身中立柱位置附近。纵梁7采用HC980QP先进高强钢冲压成型而成，厚度为1.2mm，且两根纵梁通过法兰面与前边梁4、后边梁5通过流钻螺钉连接工艺(FDS连接工艺)实现连接。底板8采用变形铝合金材料挤压而成，厚度为2.5mm。底板8与左边梁2、右边梁3、前边梁4、后边梁5之间采用搅拌摩擦焊工艺连接制成电池箱体本体。上盖板1与电池箱体本体之间采用流钻螺钉(FDS)连接工艺。
综上，本发明电池箱体充分发挥了软钢钢板、先进高强钢、挤压变形铝合金材料的性能特点，将其合理应用到电池箱体零件上。与同尺寸全铝电池箱体相比，重量减轻16.5％，成本降低22.6％。同时，为有效提高电池箱体本体的气密性和防水性，采用搅拌摩擦焊的连接工艺实现整体连接。针对不同材料之间的连接方式，即盖板、横梁与电池箱体本体之间采用的流钻螺钉(FDS)连接工艺实现连接。既保证了连接点的强度，又能确保箱体整体刚度，满足碰撞安全性能。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：包括上盖板(1)、左边梁(2)、右边梁(3)、前边梁(4)、后边梁(5)、横梁(6)、纵梁(7)和底板(8)，所述左边梁(2)与右边梁(3)左右对称布置，所述前边梁(4)与后边梁(5)前后对称布置，所述左边梁(2)、右边梁(3)、前边梁(4)和后边梁(5)围合成矩形框架，所述矩形框架安装在底板(8)上，所述矩形框架与底板(8)构成电池箱体本体，所述左边梁(2)与右边梁(3)之间安装有横梁(6)，所述前边梁(4)与后边梁(5)之间安装有纵梁(7)，所述横梁(6)与纵梁(7)垂直交叉布置，所述电池箱体本体顶端盖设有上盖板(1)，所述电池箱体本体、上盖板(1)、横梁(6)、纵梁(7)构成电池箱体，所述电池箱体本体采用铝合金材料制成，所述上盖板(1)、横梁(6)、纵梁(7)采用钢材料制成。
2.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述上盖板(1)采用普通软钢钢板材料冲压成型，所述上盖板(1)的厚度为0.5-0.7mm，所述上盖板(1)为平面板状，所述上盖板(1)上设置有加强筋。
3.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述左边梁(2)、右边梁(3)采用铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，所述左边梁(2)、右边梁(3)的纵截面均呈L型，且内部空腔均分为若干个矩形、梯形或三角形腔体。
4.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述前边梁(4)、后边梁(5)采用铝合金材料挤压成型，且厚度均为1.5-2.2mm，所述前边梁(4)、后边梁(5)的纵截面均呈C型，且内部空腔均分为若干个矩形或三角形腔体。
5.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述横梁(6)、纵梁(7)采用HC980QP或HC980DP高强钢冲压成型，且厚度均为1.2-1.8mm。
6.如权利要求5所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述横梁(6)设置有1-3条，所述横梁(6)分布于汽车车身中立柱位置处。
7.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述底板(8)采用铝合金材料挤压成型，所述底板(8)的厚度为2.5-3.5mm。
8.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述电池箱体本体由底板(8)与左边梁(2)、右边梁(3)、前边梁(4)、后边梁(5)之间采用搅拌摩擦焊工艺连接而成。
9.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述横梁(6)与左边梁(2)、右边梁(3)之间，以及纵梁(7)与前边梁(4)、后边梁(5)之间，以及上盖板(1)与电池箱体本体之间均采用流钻螺钉连接工艺。
10.如权利要求1所述的适用于纯电动汽车的新型电池箱体结构，其特征在于：所述电池箱体呈不规则长方体，电池箱体的外部尺寸范围为：长度1500-2400mm，宽度1000-1800mm，高度120-200mm。
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CN114284598A (zh) * 2021-12-17 2022-04-05 湖南大学 一种多材料融合轻质高强电池包结构及其设计方法
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