CN212085102U - 一种分离式水冷板的电池箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体地说是一种分离式水冷板的电池箱。一种分离式水冷板的电池箱，包括内部框架总成、外部框架总成、水冷系统、底护板总成，其特征在于：外部框架总成的上部内嵌设有内部框架总成，外部框架总成的下方连接底护板总成，外部框架总成与底护板总成之间设有水冷系统；所述的水冷系统由上水冷板及下水冷板组成，上水冷板与下水冷板为上下拼焊连接，上水冷板采用铆钉与外部框架总成内的内部框架总成连接。同现有技术相比，该电池箱体的结构设计理念颠覆了传统钢或铝合金电池箱体的设计思路。

Description

一种分离式水冷板的电池箱

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体地说是一种分离式水冷板的电池箱。

背景技术

随着汽车制造技术的不断发展和环境保护的需求，新能源汽车的研发日臻成熟。电池包作为新能源汽车的最为重要的储能部件，其电池箱体的设计对新能源汽车整体的安全性能、续航里程、可靠性都起到至关重要的作用。

目前传统的电池箱体主要结构形式共有两种：一是以铝合金为主要材料构成的电池箱体，二是以传统钢板拼焊构成的电池箱体。前者结构强度弱、造价高昂、耐高温能力差，后者整体重量过重、水冷板难以在热能不损失的情况下做到“干湿分离”，在整车产生碰撞后易导致冷却液泄漏，造成安全隐患。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种分离式水冷板的电池箱，该电池箱体的结构设计理念颠覆了传统钢或铝合金电池箱体的设计思路。

为实现上述目的，设计一种分离式水冷板的电池箱，包括内部框架总成、外部框架总成、水冷系统、底护板总成，其特征在于：外部框架总成的上部内嵌设有内部框架总成，外部框架总成的下方连接底护板总成，外部框架总成与底护板总成之间设有水冷系统所述的水冷系统由上水冷板及下水冷板组成，上水冷板与下水冷板为上下拼焊连接，上水冷板采用铆钉与外部框架总成内的内部框架总成连接。

所述的上水冷板为矩形面板结构，并且上水冷板的顶部连接两个凸起结构，上水冷板的凸起结构采用铆钉与外部框架总成内的内部框架总成连接；上水冷板的中部均布设有4个套管安装孔。

所述的下水冷板为矩形面板结构，并且下水冷板的顶部连接两个凸起结构，下水冷板上均布设有若干水冷凹槽，水冷凹槽内设有凸筋。

所述的内部框架总成包括外部框架、中间骨架总成，外部框架为形框架的一侧连接梯形框架，外部框架内连接中间骨架总成，所述的中间骨架总成呈“丰”字型结构。

所述的中间骨架总成包括中间骨架横梁、中间骨架纵梁、前骨架横梁、后骨架横梁、中间横梁隔板，所述的中间骨架纵梁设有4根，4根中间骨架纵梁与前骨架横梁、后骨架横梁及中间骨架横梁采用连接件交错连接形成“丰”字结构；中间骨架横梁、中间骨架纵梁、前骨架横梁、后骨架横梁的端部分别采用中间横梁隔板与外部框架连接。

所述的外部框架总成的结构与内部框架总成的结构相匹配，外部框架总成包括后部下横梁、后部上横梁、车身安装支架、车身螺柱安装衬套、右侧边梁、右前角梁、前部下横梁、前部上横梁、左前角梁、左侧边梁，前部下横梁的左右两端分别连接左前角梁及右前角梁的一端，左前角梁及右前角梁的另一端分别连接左侧边梁及右侧边梁的一端，左侧边梁及右侧边梁的另一端通过后部下横梁连接；后部下横梁的上方连接后部上横梁，后部上横梁上均布设有若干车身安装支架；前部下横梁的上方连接前部上横梁；左侧边梁、右侧边梁、左前角梁及右前角梁的外缘均布嵌设有若干车身螺柱安装衬套。

所述的底护板总成包括水冷板支撑板、底护板，底护板为矩形面板，并且底护板的一侧连接梯形面板，并且底护板的尺寸与外部框架总成的尺寸相匹配；底护板上均布设有4块水冷板支撑板。

本实用新型同现有技术相比，提供一种分离式水冷板的电池箱，该电池箱体的结构设计理念颠覆了传统钢或铝合金电池箱体的设计思路。在兼顾结构强度及成本的同时做到了外置式的水冷系统，避免了冷却液泄漏的风险，同时水冷系统与电池模组能直接接触进行热传导，规避了热能流失造成的能量损耗，提高整车续航里程。该电池箱体结构强度高、造价低廉、安全性较高、制造工艺成熟。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为内部框架总成结构示意图。

图3为中间骨架总成结构示意图。

图4为外部框架总成结构示意图。

图5为外部框架总成截面示意图。

图6为上水冷板结构示意图。

图7为下水冷板结构示意图。

图8为底护板总成结构示意图。

图9为本实用新型连接结构截面示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1至图9所示，外部框架总成2的上部内嵌设有内部框架总成1，外部框架总成2的下方连接底护板总成4，外部框架总成2与底护板总成4之间设有水冷系统3所述的水冷系统3由上水冷板3-1及下水冷板3-2组成，上水冷板3-1与下水冷板3-2为上下拼焊连接，上水冷板3-1采用铆钉5与外部框架总成2内的内部框架总成1连接。

上水冷板3-1为矩形面板结构，并且上水冷板3-1的顶部连接两个凸起结构，上水冷板3-1的凸起结构采用铆钉5与外部框架总成2内的内部框架总成1连接；上水冷板3-1的中部均布设有4个套管安装孔3-3。

下水冷板3-2为矩形面板结构，并且下水冷板3-2的顶部连接两个凸起结构，下水冷板3-2上均布设有若干水冷凹槽3-4，水冷凹槽3-4内设有凸筋3-5。

内部框架总成1包括外部框架、中间骨架总成，外部框架1-1为形框架的一侧连接梯形框架，外部框架1-1内连接中间骨架总成，所述的中间骨架总成呈“丰”字型结构。

中间骨架总成包括中间骨架横梁、中间骨架纵梁、前骨架横梁、后骨架横梁、中间横梁隔板，所述的中间骨架纵梁1-3设有4根，4根中间骨架纵梁1-3与前骨架横梁1-4、后骨架横梁1-5及中间骨架横梁1-2采用连接件交错连接形成“丰”字结构；中间骨架横梁1-2、中间骨架纵梁1-3、前骨架横梁1-4、后骨架横梁1-5的端部分别采用中间横梁隔板1-6与外部框架1-1连接。

外部框架总成2的结构与内部框架总成1的结构相匹配，外部框架总成2包括后部下横梁、后部上横梁、车身安装支架、车身螺柱安装衬套、右侧边梁、右前角梁、前部下横梁、前部上横梁、左前角梁、左侧边梁，前部下横梁2-7的左右两端分别连接左前角梁2-9及右前角梁2-6的一端，左前角梁2-9及右前角梁2-6的另一端分别连接左侧边梁2-10及右侧边梁2-5的一端，左侧边梁2-10及右侧边梁2-5的另一端通过后部下横梁2-1连接；后部下横梁2-1的上方连接后部上横梁2-2，后部上横梁2-2上均布设有若干车身安装支架2-3；前部下横梁2-7的上方连接前部上横梁2-8；左侧边梁2-10、右侧边梁2-5、左前角梁2-9及右前角梁2-6的外缘均布嵌设有若干车身螺柱安装衬套2-4。

底护板总成4包括水冷板支撑板、底护板，底护板4-1为矩形面板的一侧连接梯形面板的结构，并且底护板4-1的尺寸与外部框架总成2的尺寸相匹配；底护板4-1上均布设有4块水冷板支撑板4-2。

电池箱体本体由材料牌号为DC56D+Z的薄壁钢板整体冲压成型，整体形状类似于一个大盆体，特别的是外部框架1-1底部挖空去除中间的材料形成矩形的底部密封法兰面，该法兰面与外部框架总成2点焊连接后形成水冷板密封面，水冷系统3安装于此密封面上，从而实现水冷系统3既能直接与电池模组接触起到热交换功能而且由于水冷系统3的外置实现了与外部框架1-1的干湿分离，提高电池系统的安全性能。挖空割下的废料将回收再利用作为水冷板支撑板4-2的冲压原材料，从而大幅提升了整体的材料利用率节省成本。外部框架1-1顶部设置有整体式的法兰翻边面，该法兰翻边面为整体式一张大面构成不含有高低起伏的结构，该设计可尽量规避外部框架1-1上盖与电池箱体安装匹配时的密封风险。外部框架1-1的侧壁周圈布置有若干加强筋，通过该加强筋与外部框架总成2搭接并点焊连接，该设计使得内部框架总成1与外部框架总成2实现局部点接触，避免了大范围面接触从而大幅降低零件匹配困难提升整体尺寸稳定性。

内部框架总成1的中间骨架总呈“丰”字型结构，由抗拉强度为980Mpa厚度为2.0mm的材料采用辊压成型工艺制成，该材质制成的横梁强度高，回弹变形小，刚度高，在提升电池箱体整体弯扭刚度的同时能有效的在整车侧碰包括电池包挤压工况中保护电池箱体内的电池模组以及换热组件不受损伤。其中间骨架横梁1-2与后骨架横梁1-5设计为通用件，即单个零件为前后、左右的自对称结构，通用件的设计可有效减少辊压模具费用的投入和降低生产现场的管理难度以及焊接防错的难度；中间骨架横梁1-3上表面开有4个车身安装套管过孔，每一圆孔上分别通过二氧化碳保护焊连接有一个车身螺柱安装衬套，在衬套底部焊接有4个中间横梁隔板1-6，该中间横梁隔板1-6通过点焊与中间骨架横梁1-2、前骨架横梁1-4、后骨架横梁1-5连接主要起到支撑中间横梁腔体的作用同时也能够起到加强衬套连接强度的作用。上述中间骨架横梁1-2、前骨架横梁1-4、后骨架横梁1-5在两侧的翻边上布置有若干安装孔，每个安装孔对应焊接有凸焊螺母，起到模组安装的作用，这些安装孔根据模组安装点均匀布置，直接将模组安装在横梁翻边上在保证结构刚强度的同时，可通过横梁底部的结构有效保护电池模组防止底部磕碰，提升整个电池包的安全性。该结构除了可以起到阻隔各电池模组防止模组互相挤压碰撞外还可以起到整体加强电池箱体的作用。特别的，中间骨架横梁1-2、前骨架横梁1-4、后骨架横梁1-5可起到三级防撞结构作用，在侧碰及电池包挤压工况中充当电池模组最后一道防撞屏障，进而大幅提升电池包整体安全性能。

4根中间骨架纵梁1-3为截面呈口字型的钢型材，采用钢型材无论是加工成本还是原材料成本均较为低廉，在能满足性能要求的同时可做到成本最优化。中间骨架纵梁1-3顶端平面上开有若干工艺过孔，通过该工艺过孔可实现中间骨架纵梁1-3与外部框架1-1及上水冷板3-1的连接，同时可起到减重及电泳漏液孔的功能。

外部框架总成2的左侧边梁2-10、右侧边梁2-5由抗拉强度为980Mpa的超高强度钢采用辊压工艺制成，该材质制成的侧边梁强度高，能有效的在整车侧碰包括电池包挤压工况中保护电池箱体内的电池模组以及水冷系统3不受损伤。辊压截面形式如下附图5示，具体为，平面1（a）与外部框架1-1顶部的整体式的法兰翻边匹配贴合并通过点焊连接，其中平面2（b）与外部框架1-1两侧布置的加强筋贴合并通过点焊连接，平面3（c）与平面2（b）呈145°夹角，平面4（d）、平面5（e）、平面6（f）形成C字型开口结构并在所述的平面4（d）、平面6（f）上分别布置有7个φ25mm的圆孔，每一对上下连通的圆孔上分别通过二氧化碳保护焊连接有一个车身螺柱安装衬套，该设计可将电池包与车身安装由面接触优化为若干个点接触，除了安装强度高以外还大幅度减小了电池包与车身零件的匹配难度。平面7（g）为过渡面，平面8（h）与电池箱体本体底部密封法兰面通过点焊连接形成水冷板安装密封面。

外部框架总成2的左前角梁2-9及右前角梁2-6由抗拉强度为590Mpa的材料采用冲压工艺制成，类似的左前角梁2-9及右前角梁2-6上平面各开有两个φ25mm的圆孔，该圆孔与前部下横梁上的圆孔一一对应，两两形成一对圆孔，每对圆孔上通过二氧化碳保护焊连接有车身螺柱安装衬套。左前角梁2-9及右前角梁2-6顶端设置有焊接法兰面，该法兰面与外部框架1-1顶部法兰密封面点焊连接起到加强外部框架1-1法兰密封面的作用。左前角梁2-9及右前角梁2-6通过电阻点焊和二氧化碳保护焊与前部下横梁2-7和左侧边梁2-10、右侧边梁2-5连接在一起。

前部上横梁2-8与前部下横梁2-7拼焊而成，前部上横梁2-8、前部下横梁2-7均由抗拉强度为590Mpa的高强钢冲压而成，该材质制成的零件抗拉、屈服强度高且延伸率较好、冲压难度低，能在轻量化的同时有效的增加电池箱体整体的结构强度，对电池模组及内部的电器元件起到很好的保护作用。前部下横梁2-7左右各布置有4个φ25mm的圆孔，所述圆孔与左前角梁2-9及右前角梁2-6上的4个圆孔一一对应上下两两组合形成4对圆孔，每一对圆孔上分别通过二氧化碳保护焊连接有一个车身螺柱安装衬套。安装衬套与左侧边梁2-10、右侧边梁2-5上使用到的安装衬套为同一零件，制造工艺简单、强度高、可广泛应用于类似的安装场景。前部上横梁2-8主要有3个平面组成其中第一平面即顶端平面与外部框架1-1顶部法兰密封面点焊连接起到加强电池箱体本体法兰密封面的作用。第二平面与第一平面垂直。前部上横梁2-8、前部下横梁2-7与左侧边梁2-10、右侧边梁2-5通过电阻点焊及二氧化碳保护焊连接。

后部下横梁2-1、后部上横梁2-2由两个抗拉强度为590Mpa的高强钢冲压件拼焊而成，并在后部上横梁2-2上表面上连接有4个车身安装支架2-3，车身安装支架2-3由钢板通过冲压工艺成型成“自焊接”结构，即零件本身会延伸出对应的焊接翻边与同一零件其他部位通过焊接连接，该结构能在空间有限的情况下，在不额外增加零件的情况下尽可能的提升零件整体强度与刚度。车身安装支架2-3通过电阻点焊与后部上横梁2-2连接。后部下横梁2-1与后部上横梁2-2通过后端翻边点焊连接，焊接后后部下横梁2-1、后部上横梁2-2与外部框架1-1后端面形成了一个封闭腔体，该腔体在电池箱体后部挤压工况中起到保护电池模组的功能。后部下横梁2-1底平面布置有波浪形台阶特征，台阶特征的内凹部分与水冷板支撑板4-2及外部框架1-1通过电阻点焊三层连接。

综上，外部框架总成形成一个整体刚强度高、防撞能力高的外部框架总成，该总成起到承托并连接电池箱体到车身，为整个电池箱体的安全稳定及保证整体结构强度起到了至关重要的作用。

上水冷板3-1及下水冷板3-2分别由5系铝合金一体冲压成型，下水冷板3-2上通过CAE热管理仿真经过计算分析后得到一定数量的水冷凹槽3-4及凸筋3-5，与上水冷板3-1拼焊连接后形成封闭的冷却水道，同时水冷凹槽3-4及凸筋3-5可起到增加下水冷板3-2刚度的作用。上水冷板3-1表面开有4个套管安装孔3-3，车身安装套管通过该4个套管安装孔3-3后与中间骨架横梁1-2通过二氧化碳保护焊连接进一步的增加了车身安装套管的连接强度，同时车身安装套管与上水冷板3-1间通过橡胶密封圈实现密封。钎焊后的上水冷板3-1通过自穿刺铆接5以及结构胶与内、外部框架总成在水冷板密封面处连接在一起，从而实现钢-铝混合连接以及冷却系统-电池模组干湿分离的目的。水冷系统3干湿分离及与电池箱体内外框架总成详细的连接密封形式如下附图9所示。由于水冷板材质为铝合金，与其余零件属于异种金属，法兰面与水冷板上板通过自穿刺铆5接连接，同时在上水冷板3-1与密封法兰面搭接的上表面涂覆有结构胶，在提升结构强度的同时可避免异种金属间的电化学腐蚀，提升电池箱体整体防腐能力。水冷板支撑板4-2与底护板4-1断面的底端部分，具体作用是可起到保护电池模组及水冷板防止电池箱体在使用的过程中底部被异物磕碰及冲击，提升整体安全性能。

底护板4-1由普通钢板一体冲压而成，其表面开有4个车身安装套管焊接孔，通过二氧化碳保护焊将车身安装套管与底护板连接在一起，进一步的增加了车身安装套管的连接强度，其底面布置有若干形状不规则的加强筋可消除该零件相对应的局部模态提升整体性能。水冷板支撑板4-2为通用件，通用件的设计可有效减少辊压模具费用的投入和降低生产现场的管理以及及防错的难度。水冷板支撑板4-2上布置有若干纵横交错的加强筋，该“钣金编织”结构可在原材料有限的情况下，通过其高低、纵横错落有致的加强筋布置同时提升该零件的纵向、横向刚度，在不额外增加重量和零件的情况下进而提升电池箱体整体性能。水冷板支撑板4-2通过电阻点焊与底护板4-1连接在一起组成底护板总成4。底护板总成4在周边通过二氧化碳保护焊及电阻点焊与外部框架总成2连接在一起，起到保护水冷板及电池模组的作用。

本实用新型采用钢铝结构混合设计在兼顾结构强度及成本的同时做到了水冷系统外置，避免了冷却液泄漏的风险，同时水冷系统与电池模组能直接接触进行热传导，规避了热能流失造成的能量损耗，提高整车续航里程。

电池箱体连接工艺成熟、性能稳定、造价低廉，适应于大批量生产。

电池箱体采用了大量通用零件设计，进一步的降低了模具开发成本以及现场生产防错成本。

设计有两道防撞结构，分别为外侧边梁和骨架横梁，所述零件基材均为超高强钢，在轻量化的同时，性能远优于普通高强钢及铝合金结构，同时其生产制造成本远低于同等尺寸铝合金电池箱体。

Claims (7)

1.一种分离式水冷板的电池箱，包括内部框架总成、外部框架总成、水冷系统、底护板总成，其特征在于：外部框架总成（2）的上部内嵌设有内部框架总成（1），外部框架总成（2）的下方连接底护板总成（4），外部框架总成（2）与底护板总成（4）之间设有水冷系统（3）；所述的水冷系统（3）由上水冷板（3-1）及下水冷板（3-2）组成，上水冷板（3-1）与下水冷板（3-2）为上下拼焊连接，上水冷板（3-1）采用铆钉（5）与外部框架总成（2）内的内部框架总成（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的上水冷板（3-1）为矩形面板结构，并且上水冷板（3-1）的顶部连接两个凸起结构，上水冷板（3-1）的凸起结构采用铆钉（5）与外部框架总成（2）内的内部框架总成（1）连接；上水冷板（3-1）的中部均布设有4个套管安装孔（3-3）。

3.根据权利要求1所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的下水冷板（3-2）为矩形面板结构，并且下水冷板（3-2）的顶部连接两个凸起结构，下水冷板（3-2）上均布设有若干水冷凹槽（3-4），水冷凹槽（3-4）内设有凸筋（3-5）。

4.根据权利要求1所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的内部框架总成（1）包括外部框架、中间骨架总成，外部框架（1-1）为形框架的一侧连接梯形框架，外部框架（1-1）内连接中间骨架总成，所述的中间骨架总成呈“丰”字型结构。

5.根据权利要求4所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的中间骨架总成包括中间骨架横梁、中间骨架纵梁、前骨架横梁、后骨架横梁、中间横梁隔板，所述的中间骨架纵梁（1-3）设有4根，4根中间骨架纵梁（1-3）与前骨架横梁（1-4）、后骨架横梁（1-5）及中间骨架横梁（1-2）采用连接件交错连接形成“丰”字结构；中间骨架横梁（1-2）、中间骨架纵梁（1-3）、前骨架横梁（1-4）、后骨架横梁（1-5）的端部分别采用中间横梁隔板（1-6）与外部框架（1-1）连接。

6.根据权利要求1所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的外部框架总成（2）的结构与内部框架总成（1）的结构相匹配，外部框架总成（2）包括后部下横梁、后部上横梁、车身安装支架、车身螺柱安装衬套、右侧边梁、右前角梁、前部下横梁、前部上横梁、左前角梁、左侧边梁，前部下横梁（2-7）的左右两端分别连接左前角梁（2-9）及右前角梁（2-6）的一端，左前角梁（2-9）及右前角梁（2-6）的另一端分别连接左侧边梁（2-10）及右侧边梁（2-5）的一端，左侧边梁（2-10）及右侧边梁（2-5）的另一端通过后部下横梁（2-1）连接；后部下横梁（2-1）的上方连接后部上横梁（2-2），后部上横梁（2-2）上均布设有若干车身安装支架（2-3）；前部下横梁（2-7）的上方连接前部上横梁（2-8）；左侧边梁（2-10）、右侧边梁（2-5）、左前角梁（2-9）及右前角梁（2-6）的外缘均布嵌设有若干车身螺柱安装衬套（2-4）。

7.根据权利要求1所述的一种分离式水冷板的电池箱，其特征在于：所述的底护板总成（4）包括水冷板支撑板、底护板，底护板（4-1）为矩形面板，并且底护板（4-1）的一侧连接梯形面板，并且底护板（4-1）的尺寸与外部框架总成（2）的尺寸相匹配；底护板（4-1）上均布设有4块水冷板支撑板（4-2）。

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