CN110649191B - 一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，属于新能源电动汽车领域，采用混合泊松比材料填充，即通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果，可以更好地缓解汽车在遭受撞击时对于电池的损坏以及影响。本发明包括上盖板、吸能盒体、箱体板、箱体板、下底板；上盖板、两片箱体板、两片箱体板、下底板组合安装为箱体，吸能盒***于箱体内；吸能盒体包括铝合金导热板、碳纤维吸热板、混合泊松比三维结构材料、吸能盒上盖板，铝合金导热板紧贴电池本体，碳纤维吸热板紧贴箱体板和箱体板内壁，铝合金导热板和碳纤维吸热板之间填充混合泊松比三维结构材料。
Description
技术领域
本发明属于新能源电动汽车领域，尤其涉及一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱。
背景技术
大多数材料在受到轴向压缩时会产生横向膨胀，或者受到轴向拉伸时产生横向收缩，此时材料的的泊松比为正。负泊松比材料作为一种新兴材料与正泊松比相反。具有“零泊松比效应”的材料大多应用于对于非受载方向上变形较为敏感或者不允许非受载方向上应变发生变化的情况。由于具有“零泊松比效应”的材料通常为蜂窝状结构，因此其在吸能、缓震方面具有更优于一般材料的性能。
电动汽车电池是电动汽车的动力之源，一旦受到破坏会严重影响车辆的正常行驶。正常行驶的汽车在遭受意外撞击时很有可能会波及电池部分，因此有必要使用一定的性能优越的材料来对电池进行保护，将对电池造成的破坏尽量减小。
现有的电动汽车电池的防护方案主要集中于壳体材料的选择，通过选用高强度材料可能会导致电池箱整体质量的增大。并且现有的电动汽车电池大部分都通过为电池壳体与电池间或者电池与电池之间设置一定的间隙来减小碰撞对内部电池模组造成的损害，一旦撞击较为严重时，很难保证不波及内部的电池模组。
发明内容
本发明提供了一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，采用混合泊松比材料填充，即通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果，可以更好地缓解汽车在遭受撞击时对于电池的损坏以及影响。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，包括：上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、混合泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充混合泊松比三维结构材料13。
以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。
箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。
吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金，所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；混合泊松比三维结构材料13通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果，每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成；具体的排列方式为在每一层上每个正泊松比基本单元的四周为四个负泊松比基本单元，每个负泊松比基本单元的四周为四个正泊松比基本单元，每一层的组成结构相同，每片正泊松比材料元胞和负泊松比材料元胞都为中心对称图形，选取外部轮廓的1/4进行参数设计，正泊松比材料元胞的1/4结构由第一横边、第一斜边、第一竖边组成，负泊松比材料元胞的1/4结构由第二横边、第二斜边、第三斜边、第二竖边组成，第一横边的边长为a/2、第一斜边的边长为b、第一竖边的边长为c/2、第二横边的边长为d/2、第二斜边的边长为e、第三斜边的边长为f、第二竖边的边长为g/2,其中b＝c＝d＝g＝6mm-6.5mm，e＝f＝3.8mm-4.1mm,正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2，高度h1＝h2，第一斜边与水平夹角为α、第二横边和第二斜边的夹角为β、第三斜边和第二竖边的夹角为σ、第二斜边和第三斜边的夹角为θ，其中β＝σ，a＝10.4mm-11.2mm。
有益效果：本发明提供了一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，采用混合泊松比材料的填充，即通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果，可以更好地缓解汽车在遭受撞击时对于电池的损坏以及影响；本发明的正泊松比元胞和负泊松比元胞制作简易，工艺较为简单，大多采用铝合金材料，造价相对低廉，相较于其他吸能材料具有质量更轻、吸能效果更好的优点。
附图说明
图1为电池箱组成示意图；
图2为正泊松比元胞参数对照图；
图3为负泊松比元胞参数对照图；
图4为正、负泊松比材料单片元胞示意图；
图5为正、负泊松比材料基本单元图
图6为单层正、负泊松比三维结构示意图；
图7为吸能盒内部三维填充图；
图中，1为上盖板、2为螺钉、3为吸能盒体、4为箱体板a、5为箱体板b、6为凹槽、7为入水口、8为螺母、9为出水口、10为下底板、11为铝合金导热板、12为碳纤维吸热板、13为零泊松比三维结构材料、14为螺纹孔、15为吸能盒上盖板、16为倾斜短边板、17为水道。
具体实施方式
下面结合附图是具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
如图1所示，一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，包括：上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、混合泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图6所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充混合泊松比三维结构材料13。
以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。
箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。
吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金，所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；混合泊松比三维结构材料13通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果；每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成；具体的排列方式为在每一层上，每个正泊松比基本单元的四周为四个负泊松比基本单元，每个负泊松比基本单元的四周为四个正泊松比基本单元，每一层上的组成结构相同；如图2和图3所示，每片正泊松比材料元胞和负泊松比材料元胞都为中心对称图形，选取外部轮廓的1/4进行参数设计，正泊松比材料元胞的1/4结构由第一横边、第一斜边、第一竖边组成，负泊松比材料元胞的1/4结构由第二横边、第二斜边、第三斜边、第二竖边组成，第一横边的边长为a/2、第一斜边的边长为b、第一竖边的边长为c/2、第二横边的边长为d/2、第二斜边的边长为e、第三斜边的边长为f、第二竖边的边长为g/2,其中b＝c＝d＝g，e＝f,第一斜边与水平夹角为α、第二横边和第二斜边的夹角为β、第三斜边和第二竖边的夹角为σ、第二斜边和第三斜边的夹角为θ，其中β＝σ，如图4所示，正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2，高度h1＝h2。
如图5所示，每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成，由于每片元胞都为中心对称图形，因此选取其外部轮廓的1/4进行参数设计，如图2和图3所示，所设计的各边长a＝10.4mm，b＝c＝d＝g＝6mm，e＝f＝3.8mm,各夹角α＝30°，β＝σ＝79°，θ＝68°,正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2＝2mm，高度h1＝h2＝2mm。
箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。
实施例2
如图1所示，一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，包括：上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、混合泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图6所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充混合泊松比三维结构材料13。
以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。
箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。
吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金，所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；混合泊松比三维结构材料13通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果；每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成；具体的排列方式为在每一层上，每个正泊松比基本单元的四周为四个负泊松比基本单元，每个负泊松比基本单元的四周为四个正泊松比基本单元，每一层上的组成结构相同；如图2和图3所示，每片正泊松比材料元胞和负泊松比材料元胞都为中心对称图形，选取外部轮廓的1/4进行参数设计，正泊松比材料元胞的1/4结构由第一横边、第一斜边、第一竖边组成，负泊松比材料元胞的1/4结构由第二横边、第二斜边、第三斜边、第二竖边组成，第一横边的边长为a/2、第一斜边的边长为b、第一竖边的边长为c/2、第二横边的边长为d/2、第二斜边的边长为e、第三斜边的边长为f、第二竖边的边长为g/2,其中b＝c＝d＝g，e＝f,第一斜边与水平夹角为α、第二横边和第二斜边的夹角为β、第三斜边和第二竖边的夹角为σ、第二斜边和第三斜边的夹角为θ，其中β＝σ，如图4所示，正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2，高度h1＝h2。
如图5所示，每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成，由于每片元胞都为中心对称图形，因此选取其外部轮廓的1/4进行参数设计，如图2和图3所示，所设计的各边长a＝11.2mm，b＝c＝d＝g＝6.5mm，e＝f＝4.1mm,各夹角α＝30°，β＝σ＝79°，θ＝68°,正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2＝2mm，高度h1＝h2＝2mm。
箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。
实施例3
如图1所示，一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，包括：上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、混合泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图6所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充混合泊松比三维结构材料13。
以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。
箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。
吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金，所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；混合泊松比三维结构材料13通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式使其材料整体产生“零泊松比效应”的效果；每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成；具体的排列方式为在每一层上，每个正泊松比基本单元的四周为四个负泊松比基本单元，每个负泊松比基本单元的四周为四个正泊松比基本单元，每一层上的组成结构相同；如图2和图3所示，每片正泊松比材料元胞和负泊松比材料元胞都为中心对称图形，选取外部轮廓的1/4进行参数设计，正泊松比材料元胞的1/4结构由第一横边、第一斜边、第一竖边组成，负泊松比材料元胞的1/4结构由第二横边、第二斜边、第三斜边、第二竖边组成，第一横边的边长为a/2、第一斜边的边长为b、第一竖边的边长为c/2、第二横边的边长为d/2、第二斜边的边长为e、第三斜边的边长为f、第二竖边的边长为g/2,其中b＝c＝d＝g，e＝f,第一斜边与水平夹角为α、第二横边和第二斜边的夹角为β、第三斜边和第二竖边的夹角为σ、第二斜边和第三斜边的夹角为θ，其中β＝σ，如图4所示，正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2，高度h1＝h2。
如图5所示，每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成，由于每片元胞都为中心对称图形，因此选取其外部轮廓的1/4进行参数设计，如图2和图3所示，所设计的各边长a＝11mm，b＝c＝d＝g＝6.3mm，e＝f＝4mm,各夹角α＝30°，β＝σ＝79°，θ＝68°,正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2＝2mm，高度h1＝h2＝2mm。
箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，包括上盖板(1)、吸能盒体(3)、箱体板a(4)、箱体板b(5)、下底板(10)；上盖板(1)、两片箱体板a(4)、两片箱体板b(5)、下底板(10)组合安装为箱体，吸能盒体(3)位于箱体内；吸能盒体(3)包括铝合金导热板(11)、碳纤维吸热板(12)、混合泊松比三维结构材料(13)、吸能盒上盖板(15)，铝合金导热板(11)紧贴电池本体，碳纤维吸热板(12)紧贴箱体板a(4)和箱体板b(5)内壁，铝合金导热板(11)和碳纤维吸热板(12)之间填充混合泊松比三维结构材料(13)；混合泊松比三维结构材料(13)通过正泊松比材料基本单元和负泊松比材料基本单元交替排列的方式,每个正泊松比材料基本单元由两片正泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每个负泊松比材料基本单元由两片负泊松比材料元胞呈90°交叉而成，每一层上每个正泊松比基本单元的四周为四个负泊松比基本单元，每个负泊松比基本单元的四周为四个正泊松比基本单元，每一层的组成结构相同。
2.根据权利要求1所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，每片正泊松比材料元胞和负泊松比材料元胞都为中心对称图形，选取外部轮廓的1/4进行参数设计，正泊松比材料元胞的1/4结构由第一横边、第一斜边、第一竖边组成，负泊松比材料元胞的1/4结构由第二横边、第二斜边、第三斜边、第二竖边组成，第一横边的边长为a/2、第一斜边的边长为b、第一竖边的边长为c/2、第二横边的边长为d/2、第二斜边的边长为e、第三斜边的边长为f、第二竖边的边长为g/2,其中a＝10.4mm-11.2mm，b＝c＝d＝g＝6mm-6.5mm，e＝f＝3.8mm-4.1mm,第一斜边与水平夹角为α、第二横边和第二斜边的夹角为β、第三斜边和第二竖边的夹角为σ、第二斜边和第三斜边的夹角为θ，其中β＝σ，正泊松比和负泊松比元胞的厚度t1＝t2，高度h1＝h2。
3.根据权利要求1所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，吸能盒体(3)内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体(3)的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板(15)材料也为铝合金，所述电池安置卡槽与凹槽(6)相对应。
4.根据权利要求1所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，上盖板(1)与下底板(10)都设计有与电池相配合的凹槽(6)，上盖板(1)与下底板(10)四周都设计有贯穿的螺纹孔(14)，与箱体板a(4)、箱体板b(5)上的螺纹孔(14)对齐，通过螺钉(2)来实现上盖板(1)、下底板(10)与箱体板a(4)、箱体板b(5)的组装配合。
5.根据权利要求4所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，上盖板(1)、下底板(10)与箱体板a(4)、箱体板b(5)中间加有橡胶垫圈。
6.根据权利要求1或4所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，下底板(10)设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，使下底板(10)通过螺钉(2)安装在车体上。
7.根据权利要求1所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，箱体板a(4)、箱体板b(5)两侧设计有倾斜短边板(16)，且都设计有螺纹孔(14)，通过螺钉(2)和螺母(8)安装两片箱体板a(4)和两片箱体板b(5)，配合处安装有垫片。
8.根据权利要求1所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，箱体板a(4)和箱体板b(5)内部分别设计有水道(17)，箱体板a(4)和箱体板b(5)外侧设计有入水口(7)和出水口(9)。
9.根据权利要求8所述的基于混合泊松比的电动汽车电池箱，其特征在于，入水口(7)和出水口(9)位于箱体外侧的对角线位置。
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