一種碳纖維複合材料電池箱及其設計方法與流程

2023-04-24 18:03:37 1

本申請涉及一種碳纖維複合材料電池箱及其設計方法，屬於新能源汽車領域。

背景技術：

動力電池作為電動汽車的唯一動力來源，是影響電動汽車性能的重要指標；而作為電池組的載體，電池箱則起著保護電池組正常、安全工作的關鍵作用，因此電池箱的結構性能十分重要。

碳纖維複合材料是目前最先進的材料之一，因其具有輕質高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優良等特點，被廣泛用作結構材料及其他各種特殊用途性能材料；以前電池箱多以鐵或鋁合金材料為主。鐵包裝箱笨重、使用不方便、易鏽蝕；鋁合金包裝箱雖較為輕便，但造價高，在沿海地區不耐鹽霧等原因，正逐步被具有優良力學性能和環境適應性能的纖維增強材料所取代。

技術實現要素：

針對電池箱設計需求，本發明公開了一種碳纖維複合材料電池箱及其設計方法；電池箱箱體由碳纖維複合材料以及PVC泡沫夾層組成，夾層採用PVC泡沫，能有效提高箱體的剛度，減小箱體的變形；吊耳採用鋁合金材料；碳纖維複合材料鋪層由Optistruct結構優化求得的鋪層塊組成；鋪層厚度以及鋪層次序均按優化後的結果的進行排布；電池箱設計的約束條件為，顛簸急剎車、顛簸急轉彎、正面碰撞、側面碰撞工況下箱體的剛度需求。

本發明是通過以下技術方案實現的：

上述電池箱其特徵在於：該電池箱由碳纖維複合材料以及PVC泡沫組成，夾層採用PVC泡沫，能有效提高箱體剛度，降低箱體的變形。

上述電池箱其特徵在於：碳纖維複合材料鋪層由Optistruct結構優化求得的鋪層塊組成；鋪層厚度以及鋪層次序均按優化後的結果的進行排布。

上述電池箱其特徵在於：電池箱設計的約束條件為，顛簸急剎車、顛簸急轉彎、正面碰撞、側面碰撞工況下箱體的剛度需求。

上述電池箱其特徵在於：電池箱箱體的碳纖維鋪層角度為0°、±45°、90°。

上述電池箱其特徵在於：電池箱的優化設計流程依次為，自由尺寸優化，確定鋪層形狀；尺寸優化，確定鋪層數；鋪層次序優化，確定電池箱鋪層次序。

上述電池箱其特徵在於：各層之間由粘結劑粘結為一體，粘結劑選用熱固性樹脂，即不飽和聚酯樹脂或環氧樹脂。

上述電池箱其特徵在於：箱體與吊耳之間通過螺栓連接。

與現有技術相比，本發明的優點在於：電池箱由碳纖維複合材料以及PVC泡沫夾層組成，夾層採用PVC泡沫，能有效提高箱體的剛度，減小箱體的變形；由於使用碳纖維複合材料和PVC泡沫，電池箱質量大幅降低；碳纖維複合材料鋪層塊的形狀、鋪層次序、鋪層厚度，均按Optistruct優化求得的結果進行排布，使得碳纖維複合材料達到最合理的分布；電池箱採用一體化成型，工藝簡單，適合大規模生產。

附圖說明

圖1是電池箱設計的載荷工況。

圖2是自由尺寸優化設計後0°鋪層的厚度分布雲圖。

圖3是自由尺寸優化設計後±45°鋪層的厚度分布雲圖。

圖4是自由尺寸優化設計後90°鋪層的厚度分布雲圖。

圖5是經過自由尺寸優化、尺寸優化、鋪層次序優化設計後電池箱最終的厚度分布雲圖。

具體實施方式

以下結合示意圖對本發明具體進行說明。

在電池箱設計初期，根據電池箱在汽車行駛中所受到的載荷，對模型施加邊界條件和載荷，電池箱所受慣性力方向如圖1所示，其中1代表正面碰撞過程電池箱所受衝擊載荷，2代表急剎車時電池對電池箱前擋板的衝擊載荷，3代表急轉彎時電池對電池箱側擋板的衝擊載荷，4代表電池對箱體底面的衝擊載荷，5代表側面碰撞時電池箱受到的衝擊載荷。

電池箱G-Load分析載荷工況如表1所示。

表1G-Load分析載荷工況

電池箱碳纖維複合材料的鋪層角度為0°、±45°、90°。

在上述載荷工況下，經過Optistruct自由尺寸優化後，0°碳纖維鋪層厚度分布如圖2所示；±45°碳纖維鋪層厚度分布如圖3所示；90°碳纖維鋪層厚度分布如圖4所示。

在上述載荷工況下，經過Optistruct尺寸優化和鋪層次序優化後，電池箱的最終鋪層順序如表2所示，電池箱最終厚度分布如圖5所示。

表2電池箱的最終鋪層順序

電池箱各層之間由粘結劑粘結為一體，粘結劑選用熱固性樹脂，即不飽和聚酯樹脂或環氧樹脂。

該電池箱的箱體與吊耳之間通過螺栓連接。

以上所述僅是本申請的較佳實施方式，並非以此限定本發明的具體實施範圍，應當指出對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。