CN212725494U - 一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构 - Google Patents
一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，包括边框和底板，所述边框为多腔体式台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述底板为三明治夹芯结构，包括层压区和夹芯区，所述层压区位于顶部和底部，所述夹芯区位于所述层压区中间；所述边框横纵分布在所述底板的四周，所述底板的四周呈倒台阶状，所述边框和所述底板的结构特征满足相互搭接。本实用新型的下箱体通过合理的复合材料结构及铺层设计，有效满足了电池箱体整体刚度、机械冲击、抗挤压、跌落、碰撞等严峻工况，实现了多材料组合、结构密封、功能一体化的目的，并在降低成本、减轻重量等指标上得到完美实现。
Description
技术领域
本实用新型属于电池应用技术领域，具体涉及一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构。
背景技术
随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，汽车轻量化主题方向越来越多的受到人们的关注。轻量化并非简单地将汽车整备质量降低，而是在保证强度和安全性能的前提下尽可能地减轻整备质量并保证产品成本在合理可控范围之内，以实现安全性和经济性的兼顾统一。电池包下箱体作为动力电池的承载及防护机构，在电池包系统中占据着重要位置，而且其整备质量目前偏大，具有较大的减重空间，同时相关政策对于电池包能量密度的要求逐步提高，使得电池包轻量化的发展规划快速提上了日程。电池箱轻量化不仅涉及轻量化材料的应用，而且与箱体结构方案的合理设计密切相关，优化箱体结构方案也是实现汽车轻量化的一个重要途径。
实用新型内容
针对轻量化过程中引入的新材料和新结构的连接需求，本实用新型提供一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，旨在对轻量化设计和制造提供有益借鉴，通过该下箱体的连接结构合理解决并实现复合材料在电池包结构中的使用，并满足电池包设计要求。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，包括边框和底板，所述边框为多腔体式台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述底板为三明治夹芯结构，包括层压区和夹芯区，所述层压区位于顶部和底部，所述夹芯区位于所述层压区中间；所述边框横纵分布在所述底板的四周，所述底板的四周呈倒台阶状，所述边框和所述底板的结构特征满足相互搭接；
所述底板的顶部层压区边缘与所述第一台阶搭接，所述底板的底部层压区兼夹芯区边缘与所述第二台阶搭接，搭接方式均为普通胶接或紧固件加胶接复合连接；当搭接方式采用紧固件时，所述紧固件贯穿所述边框与所述底板相互搭接的区域。
优选地，所述边框和所述底板的搭接区域的长度为15～50mm。
优选地，所述胶接的厚度为0.3～5mm。
优选地，所述层压区和所述夹芯区通过模压或液体成型工艺形成一体式结构。
优选地，所述边框和所述层压区均采用玻璃纤维或碳纤维制成。
优选地，所述夹芯区采用闭孔类硬质泡沫PU、PVC、PET或PMI制成。
优选地，所述夹芯区采用铝蜂窝或芳纶纸蜂窝制成。
优选地，所述紧固件为铆钉、螺栓、拉铆螺栓/螺母、压铆螺栓/螺母或内嵌螺栓。
本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型的复合材料电池箱下箱体主要包括横纵边框及底板结构，边框和底板主材均可采用树脂基纤维增强复合材料(边框也可采用金属材料)，底板采用独特的三明治夹芯设计方案，增强电池箱下箱体整体Z向刚度。横纵边框包括多腔体特征、第一台阶区以及第二台阶区，此种多台阶边框结构能够满足与复合材料夹芯底板层压区及夹芯(增厚)区同时搭接，并采用胶接或胶接+紧固件连接方式进行搭接区密封处理，保证下箱体整体连接强度。此种连接结构方案，一方面可以有效提升电池包壳体的抗冲击、抗跌落能力，提升电池包的整体安全特性；另一方面，与传统金属材料电池包相比，能够大幅减轻电池包整备质量，实现轻量化收益，提高了电池包的能量密度。
2、本实用新型提供了一种复合材料(碳纤维或玻璃纤维等)电池箱体横纵拉挤(包含但不限于织物拉挤，拉缠，拉编等拉挤相关的变种工艺)边框(多腔体)结构，以及复合材料三明治夹芯(PU、PVC、PET、PMI等闭孔类硬质泡沫或铝蜂窝、芳纶纸蜂窝等不同材质蜂窝)底板结构，两者间采用特定的(胶粘剂连接或胶螺、胶铆等混合连接)连接方式进行紧固，通过合理的复合材料结构及铺层设计，能有效满足电池包箱体整体刚度、机械冲击、抗挤压、跌落、碰撞等严峻工况，实现多材料组合、结构密封、功能一体化的目的，并在降低成本、减轻重量等指标上得到完美实现。
附图说明
图1为汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构的整体结构拆分示意图；
图2为汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构的边框与底板XZ/YZ截面位置示意图；
图中：1、边框；2、底板；3、第一台阶；4、第二台阶；5、顶部层压区；6、夹芯区；7、底部层压区；8、搭接区域；9、紧固件。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1
一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，如图1所示，包括边框1和底板2。
如图2所示，所述边框1为多腔体式台阶结构，包括第一台阶3和第二台阶4；所述底板2为三明治夹芯结构，包括层压区和夹芯区6，所述层压区位于顶部和底部，所述夹芯区6位于所述层压区中间；所述边框1横纵分布在所述底板2的四周，所述底板2的四周呈倒台阶状，所述边框1和所述底板2的结构特征满足相互搭接。
所述底板2的顶部层压区5的边缘与所述第一台阶3搭接，所述底板2的底部层压区7(其内部为夹芯区6的边缘)与所述第二台阶4搭接，搭接方式均为普通胶接或紧固件加胶接复合连接；当搭接方式采用紧固件9时，所述紧固件9贯穿所述边框1与所述底板2相互搭接的区域。
边框1和底板2的搭接区域8的长度保证15～50mm，胶接时厚度保证0.3～5mm，具体数值根据电池箱体产品尺寸及CAE胶粘连接强度校核结果综合确定。
边框通过拉挤成型工艺制成，包含但不限于织物拉挤、拉缠、拉编等拉挤相关的变种工艺，其多腔体结构的腔体截面形式相同，四组横纵边框可共用一组复合材料拉挤设备，长度方向进行分段裁切，大幅降低模具成本，由于拉挤型腔不变，亦可保证所有边框产品力学性能一致。关于拉挤边框材料选型，考虑降低成本因素，可采用玻璃纤维；考虑将减重做到极致，可采用碳纤维。
底板的层压区和夹芯区通过模压或者液体成型工艺形成一体结构。底板的三明治夹芯结构铺层顺序从下至上可分为：下铺层、胶膜、夹芯材料(PU、PVC、PET、PMI等闭孔类硬质泡沫或铝蜂窝、芳纶纸蜂窝等不同材质蜂窝)、胶膜、上铺层，铺层材料可采用玻璃纤维或碳纤维。通过对底板整体结构进行分析验证，可得到满足性能需求的铺层层压区及夹芯区厚度，芯材特征需机加成斜角，便于工艺脱模，此处斜角过渡应尽量小，满足与拉挤边框侧面涂胶密封。关于底板夹芯材料选型，以泡沫夹芯为例，根据成本或性能(综合成本&性能排名：PU＜PVC＜PET＜PMI)需求进行选择。
所述紧固件9可采用铆钉、螺栓、拉铆螺栓/螺母、压铆螺栓/螺母或内嵌螺栓。
边框与底板连接，可采用贴合面完全胶粘方式进行连接，为进一步提高连接强度及可靠性，并考虑到量产可行性因素(胶粘固化时间较长)，可采用胶铆或胶螺混合连接方式，相关操作工序如下：
胶螺连接：边框1的第一台阶3处先安装紧固件9(拉铆螺母/拉铆螺栓)，与底板2的顶部层压区5粘接后，在电池箱内部拧紧螺栓/螺母紧固；边框1的第二台阶4处先安装紧固件9(拉铆螺母/拉铆螺栓)，与底板2的底部层压区7(其内部为夹芯区6的边缘)粘接后，在电池箱下方拧紧螺栓/螺母，紧固件9贯穿底板2的底部层压区7直至夹芯区6紧固密封。
胶铆连接：边框1的第一台阶3处，边框底板胶接工序完成后(结构需包含铆钉预制孔)，在电池箱内部打抽芯铆钉(可采用埋头铆钉，保证内部模组安装底面平整)，铆接位置距边框1应预留操作空间；边框1的第二台阶4处，边框底板胶接工序完成后(结构需包含铆钉预制孔)，直接在电池箱下方拉铆即可。
Claims (8)
1.一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，包括边框和底板，其特征在于，所述边框为多腔体式台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述底板为三明治夹芯结构，包括层压区和夹芯区，所述层压区位于顶部和底部，所述夹芯区位于所述层压区中间；所述边框横纵分布在所述底板的四周，所述底板的四周呈倒台阶状，所述边框和所述底板的结构特征满足相互搭接；
所述底板的顶部层压区边缘与所述第一台阶搭接，所述底板的底部层压区兼夹芯区边缘与所述第二台阶搭接，搭接方式均为普通胶接或紧固件加胶接复合连接；当搭接方式采用紧固件时，所述紧固件贯穿所述边框与所述底板相互搭接的区域。
2.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述边框和所述底板的搭接区域的长度为15～50mm。
3.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述胶接的厚度为0.3～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述层压区和所述夹芯区通过模压或液体成型工艺形成一体式结构。
5.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述边框和所述层压区均采用玻璃纤维或碳纤维制成。
6.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述夹芯区采用闭孔类硬质泡沫PU、PVC、PET或PMI制成。
7.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述夹芯区采用铝蜂窝或芳纶纸蜂窝制成。
8.根据权利要求1所述的一种汽车复合材料电池箱边框与底板连接结构，其特征在于，所述紧固件为铆钉、螺栓、拉铆螺栓/螺母、压铆螺栓/螺母或内嵌螺栓。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114635538A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-17 | 株洲宏大高分子材料有限公司 | 一种夹芯复合地板及地板连接结构 |
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