CN116632428A - 一种新能源汽车电池托盘及一体成型铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车电池托盘及一体成型铸造方法，属于压铸技术领域。包括安装框和沿安装框内表面预设方式固定设置有多个隔板，多个隔板将安装框分隔成多个容置区，每个容置区内安装电池组，安装框的底面还设置有散热层，散热层包括风冷通道和冷却液流道，冷却液流道位于风冷通道内，隔板内开设通风槽，通风槽分别与容置区和风冷通道连通；风冷通道和通风槽内均设置有导流片，导流片在预设温度以上时开启风冷通道和通风槽且在预设温度以下时关闭风冷通道和通风槽；导流片由形状记忆合金材料制备而成，本发明通过在通风槽内设置导流片来提高散热效果的同时在低温的环境下减少电池组的电量损耗，同时缩短了电池托盘的生产周期。

Description

一种新能源汽车电池托盘及一体成型铸造方法

技术领域

本发明属于压铸技术领域，具体涉及一种新能源汽车电池托盘及一体成型铸造方法。

背景技术

近几年随着绿色化发展要求，电动新能源汽车获得了迅猛发展。与传统汽车相比，电动新能源汽车采用电池组及电机替代汽油及发动机，为汽车提供清洁动力。而由于电动汽车对电池量需求较大。因此，为电池组提供安全防护和良好工作环境的电池托盘成为电动汽车主要核心部件之一，并且在相同电池技术条件下，电池托盘重量也直接影响电动汽车续航历程。而现有技术中，大容量电池普遍采用堆叠方式进行组装，这就导致汽车在行驶时产生的大量热量无法很好地排出，造成热积聚而使电池性能下降，严重的热积聚甚至会导致汽车起火事故。

目前，电池托盘主要有钢质和铝质两种。钢制托盘采用板材和管材焊接拼接工艺，其主要问题在于一方面是托盘重量大，导致汽车行驶耗电量大、行驶里程低；另一方面，因汽车使用环境工况具有一定环境腐蚀，尤其是沿海城市，耐腐蚀性差，钢制托盘因腐蚀导致使用寿命短，安全系数差，并且需要表面处理，其生产工序对环境影响较大，成本较高。而铝质托盘采用铸铝和挤压型材拼焊工艺，其主要问题在于一方面焊接工序较多，产品精度很难控制，制造工序繁杂，托盘质量控制具有较大难度且生产周期较长；另一方面因现有工艺限制难以进一步进行轻量优化。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新能源汽车电池托盘，解决了现有的电池托盘散热效果不佳的问题。

本发明还提供了一种新能源汽车电池托盘一体成型铸造方法，解决了现有的电池托盘制造工序繁杂导致生产周期较长的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种新能源汽车电池托盘，包括安装框和沿安装框内表面预设方式固定设置有多个隔板，多个所述隔板将安装框分隔成多个容置区，每个容置区内安装电池组，所述安装框的底面还设置有散热层，所述散热层包括风冷通道和冷却液流道，所述冷却液流道位于风冷通道内，所述隔板内开设通风槽，所述通风槽分别与容置区和风冷通道连通。

所述风冷通道和通风槽内均设置有导流片，所述导流片在预设温度以上时开启风冷通道和通风槽且在预设温度以下时关闭风冷通道和通风槽。

所述导流片由形状记忆合金材料制备而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述安装框、隔板和散热层一体化铸造成型。

作为本发明的一种优选技术方案，所述安装框的外侧壁设置有若干固定条，若干所述固定条沿安装框的中轴线对称排列，所述安装框通过固定条与车体连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述散热层包括若干加强筋，若干所述加强筋均匀的排列于安装框的底面并与隔板一一对应设置，若干所述加强筋形成风冷通道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述隔板包括基座和两侧板，所述基座位于安装框的内底面，两所述侧板均位于基座的顶面，两所述侧板的顶面相连，两所述侧板与基座顶面之间形成通风槽。

作为本发明的一种优选技术方案，所述基座和安装框均由铝合金材料制备而成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述基座和安装框还可采用碳纤维增强复合材料制备而成。

基于上述的一种新能源汽车电池托盘，本发明还提出一种新能源汽车电池托盘一体成型铸造方法，具体步骤如下：

S1：制作模具，根据设计要求制作出铸造模具；

S2：材料准备，准备需要一体成型的两种材料；

S3：材料处理，铝合金材料和形状记忆合金材料经过熔炼、元素掺杂、排气、除渣过程得到质量稳定金属液；

S4：第一次铸造，将铝合金金属液在低压铸造机上以低压方式注入到模具中；

S5：第二次铸造，等待铝合金金属液的表层在模具内硬化后注入形状记忆合金金属液；

S6：取下铸件，铸件冷却固化后，将模具从铸件上拆卸下来，并进行后续的冷却和处理。

本发明的有益效果为：

1.通过在安装框内设置隔板，底面设置散热层，让散热层内的风冷通道和隔板内开设通风槽连通来提高电池托盘的散热效果，并在通风槽设置由记忆合金制成的导流片来控制通风槽的开关，起到提高散热效果的同时在低温的环境下减少电池组的电量损耗。

2.安装框、隔板和散热层是一体化铸造成型，减少了电池托盘的制造工序繁杂，缩短了生产周期。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的电池托盘铸造流程图；

图2为本发明电池托盘结构示意图；

图3为本发明隔板结构示意图；

图4为本发明散热层结构示意图；

主要元件符号说明

图中：1、安装框；11、容置区；2、隔板；21、通风槽；22、基座；23、侧板；3、散热层；31、风冷通道；32、冷却液流道；4、固定条；5、加强筋；6、导流片。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-4，本实施例提供了一种新能源汽车电池托盘，包括安装框1和沿安装框1内表面预设方式固定设置有多个隔板2，多个隔板2将安装框1分隔成多个容置区11，每个容置区11内安装电池组，安装框1的底面还设置有散热层3，散热层3包括风冷通道31和冷却液流道32，冷却液流道32位于风冷通道31内，隔板2内开设通风槽21，通风槽21分别与容置区11和风冷通道31连通，在实际的使用过程中，当电池组开始工作时，电池组散发出来的热量会被冷却液流道32进行散热，同时，风冷通道31在汽车运行的过程中会有不断的风通过，这就进一步的提高了散热效果，而且风冷通道31通过通风槽21与容置区11连通，这就可以让冷风从风冷通道31中进入到容置区11内，对堆积容置区11内的电池组在来完成进一步的散热，让现有的电动汽车对电池量需求较大的情况，采用大容量电池堆叠方式进行组装，导致汽车在行驶时产生的大量热量无法很好地排出，造成热积聚而使电池性能下降，严重的热积聚甚至会导致汽车起火事故的问题得到了解决，减少了由于电池组产生的大量热量而引起汽车起火事故的情况发生。

而且为了更好的利用电池组散发出来的热量，风冷通道31和通风槽21内均设置有导流片6，导流片6在预设温度以上时开启风冷通道31和通风槽21且在预设温度以下时关闭风冷通道31和通风槽21，当电池组产生的热量导致导流片6所处的环境达到预设的温度以上时，导流片6打开风冷通道31和通风槽21，让冷风可以从风冷通道31中经过通风槽21来进入容置区11内对电池组进行散热。而因为新能源汽车在寒冷的地方续航的里程会有一定程度上的缩减，因为在低温的环境下，电池内部化学反应缓慢，电解液的流动性能下降，导致电池内部电阻增大，从而减少了电池的电流输出能力，为了减少风冷通道31在寒冷的情况下导致电池的电量大大的减少，在低于预设温度时，导流片6会关闭风冷通道31和通风槽21，此时，风冷通道31内的冷风并不能进入到容置区11内来进行散热，而电池组产生的热量可以让电池组处于一个较为舒适的环境，不至于因为风冷通道31内的冷风进入到容置区11而导致电池组的电量受到影响，而若是电池组产生的热量让导流片6达到了预设温度以上，此时将会开启风冷通道31和通风槽21来进行散热，这样既可以起到提高散热效果的同时在低温的环境下减少电池组的电量损耗。

为了让导流片6可以更好的控制风冷通道31和通风槽21的开关，导流片6由形状记忆合金材料制备而成，形状记忆合金材料是一种特殊的金属材料，具有较好的形状记忆效应、超弹性和阻尼性能。在特定的应力、温度等条件下，形状记忆合金材料可以恢复其原始形状，而且可以重复实现形状记忆。这种材料通常由钛、镍、铜、铝等合金组成。形状记忆效应是形状记忆合金的核心特性之一。该效应来源于这种合金晶体中的马氏体相和奥氏体相之间的相变。在低温条件下，形状记忆合金呈现马氏体相，这种相下的晶粒处于变形状态；在高温条件下，形状记忆合金呈现奥氏体相，晶粒会恢复到其原始的形状。这些相变产生的内部应力可以使形状记忆合金实现形状记忆效应。超弹性和阻尼性能是形状记忆合金的又一重要特性。当形状记忆合金处于超弹性状态时，它具有很高的回弹性，可以在大的应变下恢复到原始状态。本方案的形状记忆合金材料可以采用铁系形状记忆合金、铜镍系形状记忆合金、铜铝系形状记忆合金、铜锌系形状记忆合金等等，经过对形状记忆合金材料的训练，使其在50℃～100℃之间，导流片6的厚度在5mm～10mm范围内，两个导流片6之间的夹角为50°～75°范围内，此时导流片6处于分开的状态，则此时风冷通道31和通风槽21开启，当温度减低时，导流片6内侧的表面进行收缩，外侧则舒展，使得导流片6向内侧移动，使得导流片6的厚度增加，夹角增大，从而当温度处于-20℃～50℃时，导流片6的厚度增加，夹角增大，此时两导流片6抵接，关闭风冷通道31和通风槽21，通过形状记忆合金可以让导流片6在环境温度的变化下自动的完成对风冷通道31和通风槽21的控制，既在温度较高时提高了散热效率，同时在低温时减少了电池组电量的损耗，而在温度升高时，导流片6反向产生改变从而打开风冷通道31和通风槽21来提高散热效果。而且形状记忆合金在从马氏体相转变为奥氏体相时，需要吸收热量才能完成相变的过程，而这过程同样可以提高电池组的散热效果，而形状记忆合金在从奥氏体相转变为马氏体相时则需要释放热量，这就可以让在低温的环境中电池组处于一个合适的温度，减少了电量的损耗。

为了缩短电池托盘生产周期，本实施例中，安装框1、隔板2和散热层3一体化铸造成型，在现有的电池托盘生产中，铝质托盘时目前最常用的电池托盘，铝质托盘采用铸铝和挤压型材拼焊工艺，其主要问题在于焊接工序较多，产品精度很难控制，制造工序繁杂，托盘质量控制具有较大难度且生产周期较长，而本方案采用一体化铸造成型来对电池托盘进行制造，一体化成型铸造工艺简单，生产效率高。一体化成型铸造工艺可以一次性完成多个零部件的成型和组合，相比较挤压型材拼焊工艺，生产效率更高，且可以缩短生产周期，提高产能，同时一体化成型铸造能够在成型时就将各个零部件整合在一起，避免了在后期焊接过程中可能产生的尺寸偏差和形状问题，从而使产品的精度更高，而且一体化成型铸造能够在成型时把各个零部件合并成整体，不需要再进行接合焊接，在结构上更加坚固可靠，密封性也更好，需要的人工操作较少，能够降低生产成本，同时也降低了因人工操作不当引发的质量问题。一体化成型铸造能够一次性形成整块产品，表面光滑，从而节省生产成本，提高产品的美观度和品质。

为了更好将安装框1安装在车体上，在一实施例中，安装框1的外侧壁设置有若干固定条4，若干固定条4沿安装框1的中轴线对称排列，安装框1通过固定条4与车体连接，固定条4沿安装框1的中轴线对称设置时，在安装框1的前端和后端均设置两个，在安装框1的两侧分别设置一个，这样就可以保证在安装框1通过固定条4安装在车体上时可以更加的稳固，同时，若是需要对电池组进行维修时，只需要将固定条4与车体之间的连接件拆除即可，而固定条4位于安装框1的外侧，更方便的进行维修，减少了维修的困难，而且若干固定条4位于安装框1的外侧，若是发生侧面碰撞时可以对安装框1起到一定的保护作用，减少安装框1变形的可能。

为了更好的保护安装框1内的电池组，在一实施例中，散热层3包括若干加强筋5，若干加强筋5均匀的排列于安装框1的底面并与隔板2一一对应设置，若干加强筋5形成风冷通道31，加强筋5的位置位于隔板2的下方，若干加强筋5相互连接包围形成风冷通道31，该风冷通道31由加强筋5相互连接形成的梯字形状的通道，而且该通道内又由导流片分割成三个三角形状的通道，让外界的风可以通过该通道来进行散热，同时又因为该通道的三个三角形状的通道为安装框1提供保护，这让加强筋5既可以通过自身的结构为安装框1提供保护作用的同时也让内部形成风冷通道31来提高电池组的散热，在汽车行驶过程中，当发生碰撞时，安装框1同样会受到撞击而发生挤压变形，这会导致电池组受到冲击而变形，进而影响电池组的使用，而通过将加强筋5组成的散热层3可以对安装框1起到保护的作用，当汽车底部受到冲击时，加强筋5可以承受一定的冲击力，减少了安装框1损坏的情况。而且加强筋5组成的风冷通道31可以在汽车行驶中起到散热的作用，有效地提高了电池组的散热效果，避免了电池组因过度发热而导致的损坏问题，而由于加强筋5形成了风冷通道31，减少使用材料的数量，达到减轻车辆重量的目的。

为了更好的对位于容置区11内电池组进行散热，在一实施例中，隔板2包括基座22和两侧板23，基座22位于安装框1的内底面，两侧板23均位于基座22的顶面，两所述侧板23与基座22顶面之间形成通风槽21，将隔板2分为基座22和两侧板23，并让基座22和两侧板23之间形成通风槽21，让通风槽21与容置区11和风冷通道31连通，可以让风冷通道31内冷风可以经过通风槽21来对容置区11内对堆积在一起的电池组进行散热，提高了散热效率，而且隔板2内部通风槽21可以使用材料的数量，达到减轻安装框1重量的目的，让电池托盘可以在提高散热的基础上减轻重量，依此来达到提高汽车续航里程的目的。

为了减轻电池托盘的重量，在一实施例中，基座22和安装框1均由铝合金材料制备而成，铝合金材料具有轻质高强的特点，相对于传统的钢质托盘，铝合金托盘的重量更轻，可以减轻物流和搬运的负担，同时也有助于降低运输成本，铝合金具有较高的强度和刚性，可以在承载重物和受冲击和振动的情况下提供良好的支撑和安全保障，使托盘的使用寿命更长，同时也减少了维修成本，铝合金材料同样具有较好的耐腐蚀性，可以减少电池与托盘之间的氧化反应，保证电池的质量和性能。

同样的，为了进一步的减轻电池托盘的重量，在一实施例中，基座22和安装框1还可采用碳纤维增强复合材料制备而成，相较于采用铝合金材料，可以进一步减轻托盘的重量，增强托盘的强度和刚性，并且碳纤维是一种强度高、重量轻的材料，与铝合金相比更轻、更强，可以提供更大的承载能力和更大的安全保障。采用碳纤维材料可以减轻托盘的重量，可大幅降低运输成本和人工搬运成本。而且碳纤维增强复合材料可以禁止电池和其他腐蚀性物质的接触，有利于保护电池的质量和使用寿命，采用碳纤维材料制备的托盘具有易于操作、拆卸和维修的特点，同时碳纤维材料具有较好的耐久性和抗疲劳性能，寿命相对较长。

基于上述新能源汽车电池托盘，本发明还提出一种新能源汽车电池托盘一体成型铸造方法，具体方法步骤如下：

S1：制作模具，根据设计要求制作出铸造模具；

S2：材料准备，准备需要一体成型的两种材料；

S3：材料处理，铝合金材料和形状记忆合金材料经过熔炼、元素掺杂、排气、除渣过程得到质量稳定金属液；

S4：第一次铸造，将铝合金金属液在低压铸造机上以低压方式注入到模具中；

S5：第二次铸造，等待铝合金金属液的表层在模具内硬化后注入形状记忆合金金属液；

S6：取下铸件，铸件冷却固化后，将模具从铸件上拆卸下来，并进行后续的冷却和处理。

将新能源汽车电池托盘的一体成型分为两次铸造不同的材料，既解决了电池托盘的制造工序繁杂，缩短了生产周期，同样的，采用分次铸造可以有效控制材料的冷却速度和热量分布等参数，避免了制造过程中的变异和差别，而且可以将不同材料的性能和优点同时发挥，从而得到更加优质和高效的材料，具有更广泛的应用范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：包括安装框和沿安装框内表面预设方式固定设置有多个隔板，多个所述隔板将安装框分隔成多个容置区，每个容置区内安装电池组，所述安装框的底面还设置有散热层，所述散热层包括风冷通道和冷却液流道，所述冷却液流道位于风冷通道内，所述隔板内开设通风槽，所述通风槽分别与容置区和风冷通道连通；

所述风冷通道和通风槽内均设置有导流片，所述导流片在预设温度以上时开启风冷通道和通风槽且在预设温度以下时关闭风冷通道和通风槽；

所述导流片由形状记忆合金材料制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述安装框、隔板和散热层一体化铸造成型。

3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述安装框的外侧壁设置有若干固定条，若干所述固定条沿安装框的中轴线对称排列，所述安装框通过固定条与车体连接。

4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述散热层包括若干加强筋，若干所述加强筋均匀的排列于安装框的底面并与隔板一一对应设置，若干所述加强筋形成风冷通道。

5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述隔板包括基座和两侧板，所述基座位于安装框的内底面，两所述侧板均位于基座的顶面，两所述侧板的顶面相连，两所述侧板与基座顶面之间形成通风槽。

6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述基座和安装框均由铝合金材料制备而成。

7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于：所述基座和安装框还可采用碳纤维增强复合材料制备而成。

8.一种新能源汽车电池托盘一体成型铸造方法，用于上述权利要求6-7任意一项所述的一种新能源汽车电池托盘，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制作模具，根据设计要求制作出铸造模具；

S2：材料准备，准备需要一体成型的两种材料；

S3：材料处理，铝合金材料和形状记忆合金材料经过熔炼、元素掺杂、排气、除渣过程得到质量稳定金属液；

S4：第一次铸造，将铝合金金属液在低压铸造机上以低压方式注入到模具中；

S5：第二次铸造，等待铝合金金属液的表层在模具内硬化后注入形状记忆合金金属液；

S6：取下铸件，铸件冷却固化后，将模具从铸件上拆卸下来，并进行后续的冷却和处理。