CN117533417A - 低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车电池包侧面碰撞防护技术领域，具体为一种低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件。包括电池托盘、边框梁、支撑横梁、门槛内板与门槛外板，且均采用钢铁材料制作；边框梁固接在车身上，边框梁位于电池托盘两侧且与之相连，支撑横梁固接在边框梁上；门槛内板与门槛外板相连，之间形成封闭的盒形件，门槛内板与门槛外板之间均匀分布3个以上M形结构加强件，M形结构加强件采用超高强钢制作。结构精简，制造成本低；实现了轻量化，提高了续航能力和侧碰安全性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池包侧面碰撞防护技术领域，具体为一种低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件。
背景技术
2022年中国新能源汽车销量达到688.7万台；从产销量来看，2023年上半年新能源汽车产销分别完成了378.8万辆和374.7万辆，同比分别增长42.4％和44.1％。从市场占有率来看，新能源汽车销量占全部汽车销量的比重已经达到28.3％，将近三成。随着新能源汽车的不断发展，用户对新能源汽车的要求也越来越高。电池包作为新能源汽车的核心部件，为了保证新能源车具有足够的续航能力，电池包通常设计的较大，整个乘员舱地板以下位置均为电池包，其安全性直接影响到驾乘人员的安全。
在车辆行驶过程中，汽车受到碰撞的方向，可能来源于前、后、左、右，对于来自于前后方向的碰撞，其中对于来自车头方向的前碰，有前保险杠、吸能盒、前纵梁等零件保护乘员舱及下方的电池包；对于来自后方的碰撞，有后保险杠、吸能后、后纵梁等零件保护乘员舱及下方的电池包。另外，前后方均有足够的纵深距离，使得车辆在发生前碰或者后碰时，上述的安全件可以起到吸能和抗侵入的作用，从而保护乘员和电池包不受伤害。然而，对于来自侧向的碰撞，由于电池包位置距离两侧很近，因此发生侧碰时，侧向的侵入物体很容易接触到电池包本体，从而对电池包造成损伤，严重的话，会损伤电芯，从而对乘员造成二次伤害。
因此在进行下车体以及电池包整体设计时，就需要重点关注电池包在侧碰条件下的安全性能。对于电池包来说，其侧边保护电芯的结构由内向外，分别为电池壳-边框-门槛(电池壳主要时承载电芯的作用，边框和门槛的设计主要用于防止侵入)。因此，若要提高侧向碰撞时电池包的安全性，边框和门槛的用材，以及型面结构的设计显得尤为重要。门槛梁是汽车车身中的重要组成部分，其强度及吸能效果将直接影响到汽车侧碰时乘员舱的变形情况，进而影响到汽车侧碰的安全性。现有的门槛梁大多采用焊合的钢制冲压件，采用钢制冲压件的门槛梁结构，普遍存在零件数量多、整体重量大，以及制备工艺复杂、开发费用高，整体溃缩吸能能力有限等不足，从而限制了门槛梁使用性能的提升。
公开号为CN111546868B的中国专利文献公开了“一种提高新能源电动汽车侧面碰撞安全性能的车辆结构”，能够使得电池包布置空间增大，能够有效提高新能源汽车续航里程，避免了侧面碰撞事故中对电池包模组产生挤压。虽然提出了在门槛区域的结构设计，但整体结构复杂，且壳体为铝合金，制造成本很高。公开号为CN208306579U的中国专利文献公开了“一种车身侧面碰撞结构”，但是该碰撞结构对于新能源车形来说由于需在地板下方布置电池包，地板下方布置横梁容易挤占电池包空间，不利于提高新能源车型续航里程。公开号为CN214013051U的中国专利文献公开了“动力电池下箱体总成”，该技术只是起到底部冲击防护作用，并未对侧柱碰、正碰做有效防护。也即现有技术中动力电池下箱体的抗侧柱碰和正碰性能差、结构强度弱，不能与车身设计形成互补结构。
总之，现有的新能源汽车结构件存在如下缺陷与不足：1、结构复杂，材料基本是铝合金结构，制造成本高；2、未考虑电池包与门槛梁的位置匹配，不利于提高续航里程；3、未考虑侧碰防护，整体溃缩吸能能力不足，影响侧碰安全性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件。结构精简，制造成本低；实现了轻量化，提高了续航能力和侧碰安全性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，包括电池托盘、边框梁、支撑横梁、门槛内板与门槛外板，且均采用钢铁材料制作。材料成本低，根据受力情况不同，不同零件采用不同强度级别的材料。
边框梁固接在车身上，边框梁位于电池托盘两侧且与之相连，支撑横梁固接在边框梁上。门槛内板与门槛外板相连，之间形成封闭的盒形件，门槛内板与门槛外板之间均匀分布3个以上M形结构加强件，M形结构加强件采用超高强钢制作。
M形结构加强件使得门槛外侧受到碰撞时，冲击力可以均匀传递至内侧的门槛外板上。
进一步地，所述M形结构加强件数量为4～8个，M形宽度6～10cm，厚度为1.2～1.4mm，长度尺寸根据门槛梁尺寸确定。
进一步地，所述超高强钢为强度级别为1000MPa以上的热成形钢，M形结构加强件通过热成形制得。
1000MPa热成形材料塑韧性良好，从而变形吸能时不会发生脆性断裂，M形结构加强件发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。
进一步地，所述超高强钢为强度级别为1000MPa以上的双相钢，M形结构加强件通过辊压制得。
选用1000MPa双相钢的原因是该材料具有良好的韧性，从而变形吸能时不会发生脆性断裂。M形结构加强件发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。
进一步地，所述门槛内板与门槛外板均采用1500MPa级以上马氏体钢或热冲压成形钢制作。
选用1500MPa级马氏体钢或热冲压成形钢的目的是成形后，零件强度高，碰撞时不易发生变形，主要目的是确保侧碰发生时，门槛整体尽量不要发生折弯变形，而是整体均匀向内变形，这样可以使得碰撞时的外力沿着门槛方向均匀分布，并且能够最大限度的通过布局在之间的门槛内板与门槛外板之间的4～8个M形结构加强件吸收能量。
进一步地，所述边框梁位于电池托盘和门槛内板之间，边框梁的截面为日字形，边框梁的两侧边均采用超高强钢制作，成形方式为辊压。
边框梁有以下作用：a支撑电池包；b抵抗外界冲击，保护电池包。
进一步地，所述边框梁在截面上软硬分区，靠近电池侧为硬区，另外一侧为软区。
在截面上实现了软硬分区，靠近电池侧为硬区，另外一侧为软区，将吸能和抗侵入做到极致。
进一步地，所述边框梁靠近电池一侧为采用1500MPa级以上马氏体钢制作，另一侧为采用1000MPa级以上复相钢制作；成形过程：在平板状态，将两种材料按要求进行拼焊，焊接后再通过辊压成形，最终零件长度根据电池包尺寸来定。
进一步地，所述支撑横梁采用1500MPa级热成形钢或马氏体钢制作，支撑梁的截面为口字形，成形方式为辊压。
支撑横梁是连接电池包左右侧的零件，主要起到支撑作用，同时在碰撞时，起到力的转递作用，该零件选用1500MPa级热成形钢或马氏体钢，确保支撑横梁端部受力时，不会轻易发生变形，而是将外力传递至电池包的另一侧。
进一步地，所述支撑横梁与边框梁通过加强件进行连接。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用钢铁材料制作，降低了生产制造成本；门槛内板与门槛外板之间均匀分布3个以上M形结构加强件，M形结构加强件采用超高强钢制作，实现了轻量化，提高了续航能力和侧碰安全性。
在有限的空间内，利用合理的选材和结构设计，提高电池包整体的结构强度，实现对碰撞时产生的能量进行吸收，并实现了碰撞时的外界侵入量，从而保护电池模组。
2、本发明在同一个边框梁零件上，尤其是在截面上实现了软硬分区，靠近电池侧为硬区，另外一侧为软区，将吸能和抗侵入做到极致。
3、通过门槛的选材和结构设计，即门槛梁加强板内板和门槛加强板选用1500MPa级超高强热成形钢或马氏体钢，并在两者之间均匀分布4～8个M形结构加强件，且M形结构加强件选用具有良好韧性的1000MPa级热成形钢或双相钢，从而实现吸能和抗侵入的组合。
4、M形结构加强件采用强度级别为1000MPa以上的热成形钢，M形结构加强件通过热成形制得。1000MPa热成形材料塑韧性良好，从而变形吸能时不会发生脆性断裂，M形结构加强件发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。
5、M形结构加强件采用强度级别为1000MPa以上的双相钢，M形结构加强件通过辊压制得。选用1000MPa双相钢的原因是该材料具有良好的韧性，从而变形吸能时不会发生脆性断裂。M形结构加强件发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。
6、门槛内板与门槛外板均采用1500MPa级以上马氏体钢或热冲压成形钢制作。选用1500MPa级马氏体钢或热冲压成形钢的目的是成形后，零件强度高，碰撞时不易发生变形，主要目的是确保侧碰发生时，门槛整体尽量不要发生折弯变形，而是整体均匀向内变形，这样可以使得碰撞时的外力沿着门槛方向均匀分布，并且能够最大限度的通过布局在之间的门槛内板与门槛外板之间的4～8个M形结构加强件吸收能量。
7、支撑横梁是连接电池包左右侧的零件，主要起到支撑作用，同时在碰撞时，起到力的转递作用，该零件选用1500MPa级热成形钢或马氏体钢，确保支撑横梁端部受力时，不会轻易发生变形，而是将外力传递至电池包的另一侧。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明边框梁结构示意图。
图3是本发明支撑横梁结构示意图。
图4是本发明门槛内板、门槛外板及M形结构加强件结构示意图。
图5是本发明M形结构加强件结构示意图。
图中：1-电池托盘 2-边框梁 3-支撑横梁 4-门槛内板 5-门槛外板
6-M形结构加强件 7-连接点 8-硬区 9-软区
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：
【实施例】
实施例1：
如图1-5所示，一种低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，包括电池托盘1、边框梁2、支撑横梁3、门槛内板4与门槛外板5。该结构材料全为钢铁材料，材料成本低；根据受力情况不同，不同零件采用不同强度级别的材料。
电池托盘1横向水平设置，电池放置电池托盘1上，两个边框梁2位于电池托盘1的左右两侧。支撑横梁3横向设置，支撑电池托盘1，支撑横梁3固定连接在边框梁2上，边框梁2与车身固定连接，电池托盘1与边框梁2螺栓连接。
门槛内板4和门槛外板5之间通过点焊方式焊接在一起，形成一个封闭的盒形件。在两者焊接前，在门槛内板4上先按照等间距连接M形结构加强件6，数量按照车型尺寸要求在4个，M形结构加强件6通过折弯或热成形完成，具体的成形方式根据材料决定。
M形结构加强件6的M形宽度8cm，厚度为1.2mm，长度尺寸根据门槛梁尺寸确定，M形结构加强件6的三个连接点7如图5所示，连接在门槛内板4上。其中，两侧的连接点优选点焊，中间选择用胶粘，主要考虑中间的连接点由于径深过高焊枪不容易进入。结构加强件的存在，起到了加固作用，增强车身门槛梁抗碰撞能力，减少其碰撞时的变形，提高车辆被动安全性能。
M形结构加强件6选用的材料为超高强钢。采用强度级别为1000MPa的双相钢，该零件通过辊压获得(选用1000MPa双相钢的原因是该材料具有良好的韧性，从而变形吸能时不会发生脆性断裂)，M形结构加强件6发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。
门槛内板4和门槛外板5均采用了1500MPa级马氏体钢或热冲压成形钢，选用1500MPa级马氏体钢或热冲压成形钢的目的是成形后，零件强度高，碰撞时不易发生变形，主要目的是确保侧碰发生时，门槛整体尽量不要发生折弯变形，而是整体均匀向内变形，这样可以使得碰撞时的外力沿着门槛方向均匀分布，并且能够最大限度的通过布局在门槛内板4和门槛外板5之间的多个M形结构加强件6吸收能量。
电池托盘1和门槛内板4之间是左、右边框梁2，左、右边框梁2有以下作用：a支撑电池包；b抵抗外界冲击，保护电池包。左、右边框梁2的截面为日字形，日字形的边框梁两侧均为超高强钢，该成形方式为辊压。
优选，靠近电池一侧为1500MPa马氏体钢，另一侧为1000MPa复相钢(成形过程：在平板状态，将两种材料按要求进行拼焊，焊接后再通过辊压成形，从而获得最终零件，最终零件长度根据电池包尺寸来定。在同一个边框梁零件上，尤其是在截面上实现了软硬分区，靠近电池侧为硬区8，另外一侧为软区9，将吸能和抗侵入做到极致。
支撑横梁3是连接电池包左右侧的零件，主要起到支撑作用，同时在碰撞时，起到力的转递作用，该零件选用1500MPa级热成形钢或马氏体钢，确保支撑横梁3端部受力时，不会轻易发生变形，而是将外力传递至电池包的另一侧。支撑横梁3的截面为“口”字形，成形方式为辊压。
支撑横梁3与左、右边框梁2通过加强件进行连接。
实施例2：
本实施例其它结构与实施例1相同，M形结构加强件6选用强度级别为1000MPa的热成形钢，该零件通过热成形获得，1000MPa热成形材料塑韧性良好，从而变形吸能时不会发生脆性断裂，M形结构加强件6发生塑性变形，从而吸收碰撞能量。在门槛内板4上先按照等间距连接M形结构加强件6，数量按照车型尺寸要求在6个。
在实施例中，M形结构加强件6连接到门槛内板4，本文中连接一词优选表示焊接，但不限于焊接，也可采用粘合剂，卡扣等方式连接，或连成一体。
本发明在有限的空间内，利用合理的选材和结构设计，提高电池包整体的结构强度，实现对碰撞时产生的能量进行吸收，并实现了碰撞时的外界侵入量，从而保护电池模组。在同一个边框梁零件上，尤其是在截面上实现了软硬分区，靠近电池侧为硬区，另外一侧为软区，将吸能和抗侵入做到极致；通过门槛的选材和结构设计，即门槛梁加强板内板和门槛加强板选用1500MPa级超高强热成形钢或马氏体钢，并在两者之间均匀分布4～8个M形加强结构，且M形加强结构选用具有良好韧性的1000MPa级热成形钢或双相钢，从而实现吸能和抗侵入的组合。
本发明结构精简，制造成本低；实现了轻量化，提高侧碰时的溃缩吸能能力，提高了续航能力和侧碰安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
包括电池托盘、边框梁、支撑横梁、门槛内板与门槛外板，且均采用钢铁材料制作；
边框梁固接在车身上，边框梁位于电池托盘两侧且与之相连，支撑横梁固接在边框梁上；
门槛内板与门槛外板相连，之间形成封闭的盒形件，门槛内板与门槛外板之间均匀分布3个以上M形结构加强件，M形结构加强件采用超高强钢制作。
2.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述M形结构加强件数量为4～8个，宽度6～10cm，厚度为1.2～1.4mm。
3.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述超高强钢为强度级别为1000MPa以上的热成形钢，M形结构加强件通过热成形制得。
4.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述超高强钢为强度级别为1000MPa以上的双相钢，M形结构加强件通过辊压制得。
5.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述门槛内板与门槛外板均采用1500MPa级以上马氏体钢或热冲压成形钢制作。
6.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述边框梁位于电池托盘和门槛内板之间，边框梁的截面为日字形，边框梁的两侧边均采用超高强钢制作，成形方式为辊压。
7.根据权利要求6所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述边框梁软硬分区，靠近电池侧为硬区，另外一侧为软区。
8.根据权利要求7所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述边框梁靠近电池一侧为采用1500MPa级以上马氏体钢制作，另一侧为采用1000MPa级以上复相钢制作；
成形过程：在平板状态，将两种材料按要求进行拼焊，焊接后再通过辊压成形。
9.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述支撑横梁采用1500MPa级热成形钢或马氏体钢制作，支撑梁的截面为口字形，成形方式为辊压。
10.根据权利要求1所述的低成本、高续航能力、侧碰安全性高的新能源汽车结构件，其特征在于：
所述支撑横梁与边框梁通过加强件进行连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118457192A (zh) * | 2024-07-10 | 2024-08-09 | 广东机电职业技术学院 | 一种新能源汽车动力电池横梁接头结构 |
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2023
- 2023-11-22 CN CN202311564022.6A patent/CN117533417A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118457192A (zh) * | 2024-07-10 | 2024-08-09 | 广东机电职业技术学院 | 一种新能源汽车动力电池横梁接头结构 |
| CN118457192B (zh) * | 2024-07-10 | 2024-09-13 | 广东机电职业技术学院 | 一种新能源汽车动力电池横梁接头结构 |
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