CN208385509U - 一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构 - Google Patents

一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，所述的电池包壳体结构由壳体侧壁、后端盖和前端盖组成。侧壁和后端盖为蜂窝填充的三明治结构，前端盖为薄板结构。后端盖的蜂窝壁厚从后往前(从车尾向车头方向)沿蜂窝轴向依次增加，其余各薄壁板的厚度保持不变。本实用新型通过将壳体的侧壁和后端盖设计成蜂窝填充的三明治结构，使得电动客车在发生追尾时，大大吸收碰撞能量；通过引入蜂窝壁厚的变厚度设计实现后端盖的后弱前强，能使结构变形的依次进行，使其吸能稳定，降低碰撞峰值加速度，减少对电池包侵入损害，同时相比于等厚度设计能够显著降低壳体的质量。

Description

一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构
技术领域
本实用新型属于汽车零部件结构设计技术领域，具体而言涉及一种电池包壳体。
背景技术
随着我国电动客车迅速发展，电动客车部件的轻量化设计和安全性设计得到广泛的关注。而在电动客车的设计中，电池的安全性和壳体的轻量化又是工程师关注的重点。电池包壳体位于整车的后部，在遭受到后碰时，电池的安全性受到了极大的挑战，电池极易受到破坏产生火灾，甚至引起爆炸。因此，有必要设计出一个强度刚度大，吸收碰撞能量能力强的优异轻质电池包壳体结构。
在电动客车遭受到后碰时，电池包壳体的后端首先发生压溃变形，大大地吸收碰撞能量，减少其向后对电池包的能量传递；其前端强度大，不易发生变形，从而保证后端盖的前部对应电池包所需要的安全空间。
现有技术电池包壳体的设计中，一般采用等强度、等厚度的薄板冲压件焊接而成，这样的结构不能充分吸收碰撞能量，减少电池的损害，也不能实现结构不同位置的性能差异，实现轻量化设计。因此，对于如何设计出吸能效果好，性能灵活分布，综合性能卓越的电池包壳体结构就显得非常重要。
实用新型内容
实用新型的目的是克服现有壳体结构中存在的不足，提供一种变厚度蜂窝电池包壳体结构，蜂窝结构的引入能增大壳体的刚度，提高吸收碰撞能量。
本实用新型提供的技术方案是：
一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，包括壳体的侧壁、后端盖和前端盖，侧壁由外板、内板和蜂窝芯组成的三明治蜂窝夹层结构，后端盖是由内面板、外面板和蜂窝芯组成的三明治蜂窝夹层结构，后端盖的三明治蜂窝夹层结构不小于总壳体尺寸的1/8，侧壁的三明治蜂窝夹层结构的宽度占壳体总宽的1/20-1/10，后端盖的蜂窝芯的厚度从车尾向车头方向沿蜂窝轴向依次增加，体侧壁的蜂窝芯壁厚度沿蜂窝轴向保持不变，其蜂窝芯壁厚的大小等于后端盖蜂窝芯最前端的壁厚，蜂窝芯通过瓦楞锟将平板锟压成瓦楞板，锯齿角度120°。
所述的蜂窝夹层的蜂窝胞元截面为正六边形。
所述侧壁的内、外板、后端盖的内、外面板和前端盖为等厚度的铝合金薄板。
所述壳体结构的基材采用3系的铝合金材料。
所述侧壁的内、外板和后端盖的内、外面板与各自的蜂窝芯采用工业薄膜胶或钎焊连接成一体。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的电池包壳体结构引入了蜂窝芯夹层设计，充分发挥蜂窝结构的比吸能、比刚度大的优点，相比于传统的薄壁板结构能够显著增大壳体的碰撞吸能特性，同时增大壳体的刚度，保护电池包的安全。
2、壳体的后端盖蜂窝壁厚从后往前沿蜂窝轴向依次递增，即实现强度的后弱前强，在发出后碰时，相比于传统的等强度壳体结构，能够保证在远离电池包的后端首先发生压溃变形，大大吸收碰撞能量，减少能量向电池包的传递；前端刚度大，能够防止变形侵入电池包区，而对电池造成损害。
附图说明
图1本实用新型电池包壳体结构总成示意图。
图2a本实用新型电池包壳体侧壁截面示意图。
图2b本实用新型电池包壳体后端盖截面示意图。
图3蜂窝结构壁厚变化示意图。
图中，1-后端盖，2-前端盖，3-侧壁外板，4-侧壁内板，5-侧壁蜂窝芯。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及运行策略作进一步详细说明：
如图1、图2a、图2b所示变厚度蜂窝电池包壳体结构示意图，包括壳体的侧壁、后端盖1和前端盖2，后端盖和侧壁均是蜂窝夹层填充的三明治结构，由内板3、外板4和蜂窝芯5组成。前端盖则为普通的薄板件。
后端盖的三明治蜂窝夹层结构是碰撞的主要吸能区，为保证足够的吸能特性，这部分结构不小于总壳体尺寸的1/8。侧壁的蜂窝夹层结构所受到的载荷较小，不是碰撞力的直接接触出，因此侧壁的宽度占壳体总宽的1/20-1/10，侧壁可设置为一道两层的蜂窝夹层结构，具体的截面形状如图2a、图2b所示。
由于蜂窝夹层结构的引入，因此侧壁的内、外板件、前端盖以及后端盖内、外板件不是主要的吸能部件，主要起到连接蜂窝胞元的作用，各板件的厚度可减少至传统壳体厚度的1/10，即在0.15mm-0.2mm。
对于蜂窝芯壁厚度的选取是本壳体设计的重点。由于在电动客车受到后碰时，后端盖首先受到碰撞力的作用，随后传递给侧壁直至壳体的压溃。因此，为保证后端盖能够产生足够的变形以吸收碰撞能量，同时还应该减少侧壁和后端盖前端的压溃，以防止变形侵入电池包区，而对电池造成损害。基于此思想，后端盖的后端的厚度(tmin)应尽可能小，而前端的厚度(tmax)尽可能大。根据这种变形的特点可以假定厚度沿着蜂窝轴向在后端盖和侧壁的分布服从递增型幂指函数和常函数的分段函数(本实用新型的第一个实施特例)：
式中，x是离后端盖后部的距离，m是梯度指数，控制厚度变化的重要参数，
0是后端盖总长度，L是壳体的总长度。具体蜂窝芯壁厚的变化示意图如图3所示。
当-1<m<0时，f(x)的厚度分布曲线成凸状，即随着x的增加，厚度增加速度变缓，如图3中的曲线3所示；当0<m<1时，厚度分布曲线成凹状，即随着x的增加,厚度增加速度变快，如图3中的曲线1所示，当m＝0时厚度分布曲线成直线，如图3中的曲线2所示。具体参数tmin，tmax以及m的取值应根据实际结构尺寸进行计算和分析来加以确定。
侧壁的蜂窝壁厚g(x)根据tmax来确定，也就是说，壳体侧壁的蜂窝芯壁厚度沿蜂窝轴向保持不变，其蜂窝芯壁厚的大小等于后端盖蜂窝芯最前端的壁厚。
根据上述后强前弱的变形特点，又可以假定厚度沿着蜂窝轴向在后端盖和侧壁的分布服从常函数的分段函数(本实用新型的第二个实施特例)：
式中，xn与L0相等，只是表示的形式不一样。
本实施案例中变厚蜂窝芯结构可以理解为含有不同厚度的n段式变厚度结构，后端盖有n段厚度值从后往前依次增加，第n段的厚度与侧壁蜂窝芯的厚度值相等。
以上所述的内外板和蜂窝芯均采用3系的铝合金，主要来考虑其其钎焊后的性能好。
对于蜂窝芯的制备，首先通过瓦楞锟将平板锟压成瓦楞板，锯齿角度为120°，后根据所需结构强度的要求，采用302工业胶或钎焊将其胶结或焊接成蜂窝胞元截面为正六边形的蜂窝芯。同时，通过计算机编程等技术手段，来控制锟压机两轮之间的距离，从而实现蜂窝芯板的厚度服从阶梯型分布或连续函数分布。将最终制备后的蜂窝芯与内外板采用钎焊连接成一体，从而形成蜂窝夹层的三明治结构。

Claims (5)

1.一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，其特征在于，包括壳体的侧壁、后端盖和前端盖，侧壁由外板、内板和蜂窝芯组成的三明治蜂窝夹层结构，后端盖是由内面板、外面板和蜂窝芯组成的三明治蜂窝夹层结构，后端盖的三明治蜂窝夹层结构不小于总壳体尺寸的1/8，侧壁的三明治蜂窝夹层结构的宽度占壳体总宽的1/20-1/10，后端盖的蜂窝芯的厚度从车尾向车头方向沿蜂窝轴向依次增加，侧壁的蜂窝芯壁厚度沿蜂窝轴向保持不变，其蜂窝芯壁厚的大小等于后端盖蜂窝芯最前端的壁厚，蜂窝芯通过瓦楞锟将平板锟压成瓦楞板，锯齿角度为120°。
2.根据权利要求1所述的一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，其特征在于，所述的蜂窝夹层的蜂窝胞元截面为正六边形。
3.根据权利要求1所述的一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，其特征在于，所述侧壁的内、外板、后端盖的内、外面板和前端盖为等厚度的铝合金薄板。
4.根据权利要求1所述的一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，其特征在于，所述壳体结构的基材采用3系的铝合金材料。
5.根据权利要求1所述的一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构，其特征在于，所述侧壁的内、外板和后端盖的内、外面板与各自的蜂窝芯采用工业薄膜胶或钎焊连接成一体。
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CN108832054A (zh) * 2018-08-04 2018-11-16 丹阳科美汽车部件有限公司 一种变厚度蜂窝汽车电池包壳体结构
CN110391373A (zh) * 2019-07-15 2019-10-29 华侨大学 一种新型的吸能防护电池箱

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