一種基於點陣結構的輕量化電池箱的製作方法

2023-11-01 03:13:59 1

本發明涉及純電動車電池箱結構優化設計領域，特別是涉及一種基於點陣結構的輕量化電池箱。

背景技術：

近年來，汽車產量與保有量的不斷增加加劇了能源、環境、安全等方面的問題，節能環保已成為全球汽車工業面臨的首要問題。研究表明，汽車輕量化是降低能耗，減少排放最有效的措施之一。在被動安全性方面，輕量化能夠縮短制動距離、降低碰撞慣性和碰撞過程中的動能，特別是汽車零部件的輕量化不僅可以降低能耗，在一定程度上還可以降低成本和改善性能，所以汽車行業輕量化技術的開發與應用勢在必行。

目前，輕量化技術主要有兩個方向，一是汽車結構和材料加工工藝的優化設計，二是使用滿足要求的輕質材料來替代傳統材料。近幾年，輕量化材料除了複合化發展趨勢以外，近期還出現了微結構化趨勢，對於產品的整體性能而言，材料的基礎性能和結構優化具有同樣的作用，因此極大地推動了結構—材料同時優化方法的發展。

動力電池箱作為電動汽車動力電池的保護和承重裝置，是電動汽車的重要組成部分。目前，車用動力電池組的能量密度普遍偏低，為了達到續駛裡程的要求，電動汽車常常需要裝配大量的動力電池。而用於裝載動力電池的電池箱廣泛使用厚重的箱體式結構，這無形中使得電動汽車自身的重量增加，因此亟需對電動汽車電池箱的結構進行優化從而改善電池箱的動靜態特性並且實現輕量化。

技術實現要素：

本發明提供了一種基於點陣結構的輕量化電池箱，在保證電池箱各方面性能不受影響的前提下，實現了電池箱箱體的輕量化。

本發明的技術方案為：一種基於點陣結構的輕量化電池箱，包括箱體和箱蓋，其特徵在於：所述箱體的兩側面上均設有弓形防撞緩衝梁，所述箱體的兩側圍上均設有半懸置式連接板，所述箱體的底部設有散熱器，所述箱蓋背面、箱體的底部和內壁上均設有真空腔均熱板，所述箱蓋和箱體之間設有密封膠條，所述箱蓋和箱體通過保險扣連接；所述箱體由內部為點陣結構的複合板製成。

對上述技術方案進一步的限定，箱體兩個長邊側圍上分別設有兩個保險扣。優點：四個保險扣能進一步地提高連接穩定性。

對上述技術方案進一步的限定，所述箱體的兩側面上分別設有兩個弓形防撞緩衝梁，弓形防撞緩衝梁通過螺栓固定在箱體上。優點：1.兩個弓形防撞緩衝梁組合在一起使用能進一步地提高防撞緩衝效果；2.弓形防撞緩衝梁通過螺栓固定在電池箱箱體上，當車輛發生低速側面碰撞時，弓形防撞緩衝梁首先產生變形吸收能量，減小碰撞力，保護並防止了電池箱的變形，只需要將變形破壞的弓形防撞緩衝梁卸下更換新的即可，不必更換整個電池箱。

對上述技術方案進一步的限定，所述箱體兩側圍上的半懸置式連接板共有八個，半懸置式連接板的外伸端上設有連接孔、其內端通過螺栓組件與箱體連接。優點：1.在受到外界激勵下，半懸置式連接板能防止電池箱振動過大，從而減少並控制電池箱體振動的傳遞。

對上述技術方案進一步的限定，所述點陣結構的複合板由外面板、內面板、點陣結構芯子組成；點陣結構芯子的結構為：包括多個呈矩形陣列分布的支撐管柱，支撐管柱與外面板和內面板呈垂直設置，支撐管柱彼此之間通過橫向拉筋連接，每個支撐管柱的兩端分別與外面板、內面板粘接；所述外面板和內面板均由碳纖維材料製成、支撐管柱和X橫向拉筋由低碳鋼材料製成。優點：1.由平行於箱體載荷方向的支撐管柱來實現最小材料消耗下的最大承載能力，而由與載荷方向呈一定角度X型的橫向拉筋來實現支撐管柱的穩定性以及載荷在各個支撐管柱之間的傳遞；這樣的結構實現了載荷的合理分解，從而實現了最小化的材料消耗；2.碳纖維材料的質量比金屬鋁輕，強度高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性；低碳鋼的強度和硬度較低，塑性和韌性較好；兩者組合在一起使用，提高了電池箱的承載能力和耐撞性能，減輕了電池箱質量，既保證電池箱的結構安全性，也實現了電池箱的輕量化。

有益效果：本發明實現了將傳統的材料和力學承載結構的完美結合，點陣結構能將合適的材料應用到正確的位置上，形成微觀的立體桁架單元去保證整體性能，比傳統高性能複合材料的用材方式更加經濟，在滿足電池箱基本的碰撞安全、通風散熱、絕緣防水等性能要求的前提下，具有點陣結構的箱體板材實現了載荷的合理分解，實現了最小化的材料消耗，從而達到降低能耗、節約成本，達到了輕量化的基本要求。

附圖說明

圖1為本發明電池箱的主要結構示意圖。

圖2為本發明電池箱的主視圖。

圖3為本發明電池箱箱體的俯視圖。

圖4為本發明電池箱箱體間微結構示意圖1。

圖5為本發明電池箱箱體間微結構示意圖2。

圖6為本發明的點陣條結構示意圖。

圖7為本發明的使用狀態圖。

圖中所示：1.箱體，2.箱蓋，3.防撞緩衝梁，4.半懸置式連接板，5.均熱板，6.散熱器，7.密封膠條，8.保險扣。

具體實施方式

下面結合本實例附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明，以便本發明技術方案易於理解和掌握。

如圖1、圖2、圖3所示，一種基於點陣結構的輕量化電池箱，包括箱體1和箱蓋2，箱體1前後兩端面上均設有兩個並聯的弓形防撞緩衝梁3，弓形防撞緩衝梁3通過螺栓連接的方式固定在箱體1上；箱體1左右兩側面上均設有多個半懸置式連接板4，即箱體1每個側面的四個角處均有一個半懸置式連接板；半懸置式連接板的外伸端上設有連接孔、其內端通過螺栓組件與箱體連接；散熱器5粘接在箱體1底板的底面上，散熱器5由多個垂直於箱體底板上的散熱片構成，散熱片彼此之間呈間隔設置；箱蓋2背面、箱體1內腔的底部和內壁上均設有粘接的真空腔均熱板6，真空腔均熱板6呈矩形陣列分布；箱蓋2背面上設有環形的凹槽，凹槽內設有密封膠條7，凹槽用於對密封膠條7起定位作用，箱蓋2和箱體1之間的間隙通過密封膠條7消除，箱蓋2和箱體1通過保險扣8連接；如圖4和圖5所示，所述箱體1由內部為點陣結構的複合板製成，點陣結構的複合板由外面板101、內面板102、點陣結構芯子103組成；點陣結構芯子103的結構為：包括多個呈矩形陣列分布的支撐管柱1031，支撐管柱1031與外面板和內面板呈垂直設置，支撐管柱1031彼此之間通過橫向拉筋1032連接，每個支撐管柱1031的兩端分別與外面板、內面板粘接；所述外面板和內面板均由碳纖維材料製成、支撐管柱和X橫向拉筋由低碳鋼材料製成。

如圖4和圖5所示，點陣結構的複合板製作方法，具體步驟如下：a. 如圖6所示，以點陣結構芯子一側的支撐管柱作為基準點，沿基準點的縱向或橫向將點陣結構芯子分解成多個點陣條；b.根據點陣條的尺寸參數製作鑄造模具，把液態低碳鋼材料的溫度控制在合理範圍內保證液態金屬的流動性，為防止成型的點陣條結構內部出現氣泡，在澆鑄前需對模具的型腔進行真空處理，採用重力鑄造的方式利用液態金屬自重進行澆鑄保證材料的填充率，把液態低碳鋼材料注入模具型腔內，經冷卻凝固變成與模具內腔形狀結構相同的點陣條結構；c.採用焊接成型的方式：點陣條彼此之間通過X橫向拉筋焊接成點陣結構芯子；即每個點陣單元由四個矩形陣列的支撐管柱和四個X型橫向拉筋組成,四個支撐管柱彼此之間通過X型橫向拉筋連接；d.採用膠粘技術：將每個支撐管柱的兩端分別與內面板、外面板粘合，從而製得點陣結構的複合板。點陣結構的夾芯板具有最佳的承載結構：由平行於箱體載荷方向的支撐管柱來實現最小材料消耗下的最大承載能力，而由與載荷方向呈一定角度X型的橫向拉筋來實現支撐管柱的穩定性以及載荷在各個支撐管柱之間的傳遞；這樣的結構實現了載荷的合理分解，從而實現了最小化的材料消耗。

如圖1所示，所述弓形防撞緩衝梁是為了讓碰撞力可以均勻的沿著電池箱側圍和肋板之間傳遞，儘可能多的分散碰撞力，而不是只沿著電池箱側圍傳遞，避免了因局部應力過大造成電池箱破壞。當發生側面碰撞時，碰撞力會先傳遞到弓形防撞緩衝梁上，使弓形防撞緩衝梁變形，從而吸收部分碰撞能量，減小了碰撞力，通過弓形防撞緩衝梁把碰撞力均勻分配到電池箱橫向和縱向的肋板上，讓強度、剛度和穩定性好的結構傳遞減小的碰撞力，避免了受力不均而引起電池箱破環的問題，提高了電池電氣的安全性。

如圖1、圖2、圖3所示，所述半懸置式連接板是指連接板的外伸端與車架連接後形成懸臂；箱體側圍上共有八個半懸置式連接板，上面四個半懸置式連接板用於約束電池箱水平方向的自由度和緩衝電池箱垂直方向的振動，下面四個半懸置式連接板用於約束電池箱豎直方向的自由度和緩衝電池箱側向的振動。這種布置不僅使電池箱的固定更加牢固也減小了電池箱的振動。

所述箱體的內腔可以容納一個大號電池，也可以通過隔板分割成容納四個小號電池的腔室。

所述螺栓組件由螺栓、螺母、背緊螺母或墊片或漲緊套組成；所述保險扣和真空腔均熱板均為現有技術，其結構不作詳細描述；真空腔均熱板是一個內壁具有微細結構的真空腔體，通常由銅製成。

使用方法：如圖7所示，先將箱體裝配在車架上，即箱體通過其上的半懸置式連接板、螺栓與車架連接；再將電池放入至箱體內，蓋上箱蓋，箱蓋和箱體通過保險扣連接，實現電池密封在箱體內的目的。

本說明書中未做詳細說明之處，為本領域公知的技術。以上是對本發明的具體實施進行詳細說明，本發明還可以有其他實施方式。在不違背本發明精神的前提下做出的等同替換或者等效變化的技術方案，均包含在本發明所要求保護的範圍內。