CN206412396U - 一种基于点阵结构的轻量化电池箱 - Google Patents

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潘文杰
刘卫斌
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Abstract

本实用新型公开了一种基于点阵结构的轻量化电池箱，包括箱体和箱盖，所述箱体的两侧面上均设有弓形防撞缓冲梁，所述箱体的两侧围上均设有半悬置式连接板，所述箱体的底部设有散热器，所述箱盖背面、箱体的底部和内壁上均设有真空腔均热板，所述箱盖和箱体之间设有密封胶条，所述箱盖和箱体通过保险扣连接；所述箱体由内部为点阵结构的复合板制成；本实用新型在保证电池箱各方面性能不受影响的前提下，实现了电池箱箱体的轻量化。

Description

一种基于点阵结构的轻量化电池箱
技术领域
本实用新型涉及纯电动车电池箱结构优化设计领域，特别是涉及一种基于点阵结构的轻量化电池箱。
背景技术
近年来，汽车产量与保有量的不断增加加剧了能源、环境、安全等方面的问题，节能环保已成为全球汽车工业面临的首要问题。研究表明，汽车轻量化是降低能耗，减少排放最有效的措施之一。在被动安全性方面，轻量化能够缩短制动距离、降低碰撞惯性和碰撞过程中的动能，特别是汽车零部件的轻量化不仅可以降低能耗，在一定程度上还可以降低成本和改善性能，所以汽车行业轻量化技术的开发与应用势在必行。
目前，轻量化技术主要有两个方向，一是汽车结构和材料加工工艺的优化设计，二是使用满足要求的轻质材料来替代传统材料。近几年，轻量化材料除了复合化发展趋势以外，近期还出现了微结构化趋势，对于产品的整体性能而言，材料的基础性能和结构优化具有同样的作用，因此极大地推动了结构—材料同时优化方法的发展。
动力电池箱作为电动汽车动力电池的保护和承重装置，是电动汽车的重要组成部分。目前，车用动力电池组的能量密度普遍偏低，为了达到续驶里程的要求，电动汽车常常需要装配大量的动力电池。而用于装载动力电池的电池箱广泛使用厚重的箱体式结构，这无形中使得电动汽车自身的重量增加，因此亟需对电动汽车电池箱的结构进行优化从而改善电池箱的动静态特性并且实现轻量化。
发明内容
本实用新型提供了一种基于点阵结构的轻量化电池箱，在保证电池箱各方面性能不受影响的前提下，实现了电池箱箱体的轻量化。
本实用新型的技术方案为：一种基于点阵结构的轻量化电池箱，包括箱体和箱盖，其特征在于：所述箱体的两侧面上均设有弓形防撞缓冲梁，所述箱体的两侧围上均设有半悬置式连接板，所述箱体的底部设有散热器，所述箱盖背面、箱体的底部和内壁上均设有真空腔均热板，所述箱盖和箱体之间设有密封胶条，所述箱盖和箱体通过保险扣连接；所述箱体由内部为点阵结构的复合板制成。
对上述技术方案进一步的限定，箱体两个长边侧围上分别设有两个保险扣。优点：四个保险扣能进一步地提高连接稳定性。
对上述技术方案进一步的限定，所述箱体的两侧面上分别设有两个弓形防撞缓冲梁，弓形防撞缓冲梁通过螺栓固定在箱体上。优点：1.两个弓形防撞缓冲梁组合在一起使用能进一步地提高防撞缓冲效果；2.弓形防撞缓冲梁通过螺栓固定在电池箱箱体上，当车辆发生低速侧面碰撞时，弓形防撞缓冲梁首先产生变形吸收能量，减小碰撞力，保护并防止了电池箱的变形，只需要将变形破坏的弓形防撞缓冲梁卸下更换新的即可，不必更换整个电池箱。
对上述技术方案进一步的限定，所述箱体两侧围上的半悬置式连接板共有八个，半悬置式连接板的外伸端上设有连接孔、其内端通过螺栓组件与箱体连接。优点：1.在受到外界激励下，半悬置式连接板能防止电池箱振动过大，从而减少并控制电池箱体振动的传递。
对上述技术方案进一步的限定，所述点阵结构的复合板由外面板、内面板、点阵结构芯子组成；点阵结构芯子的结构为：包括多个呈矩形阵列分布的支撑管柱，支撑管柱与外面板和内面板呈垂直设置，支撑管柱彼此之间通过横向拉筋连接，每个支撑管柱的两端分别与外面板、内面板粘接；所述外面板和内面板均由碳纤维材料制成、支撑管柱和X横向拉筋由低碳钢材料制成。优点：1.由平行于箱体载荷方向的支撑管柱来实现最小材料消耗下的最大承载能力，而由与载荷方向呈一定角度X型的横向拉筋来实现支撑管柱的稳定性以及载荷在各个支撑管柱之间的传递；这样的结构实现了载荷的合理分解，从而实现了最小化的材料消耗；2.碳纤维材料的质量比金属铝轻，强度高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性；低碳钢的强度和硬度较低，塑性和韧性较好；两者组合在一起使用，提高了电池箱的承载能力和耐撞性能，减轻了电池箱质量，既保证电池箱的结构安全性，也实现了电池箱的轻量化。
有益效果：本实用新型实现了将传统的材料和力学承载结构的完美结合，点阵结构能将合适的材料应用到正确的位置上，形成微观的立体桁架单元去保证整体性能，比传统高性能复合材料的用材方式更加经济，在满足电池箱基本的碰撞安全、通风散热、绝缘防水等性能要求的前提下，具有点阵结构的箱体板材实现了载荷的合理分解，实现了最小化的材料消耗，从而达到降低能耗、节约成本，达到了轻量化的基本要求。
附图说明
图1为本实用新型电池箱的主要结构示意图。
图2为本实用新型电池箱的主视图。
图3为本实用新型电池箱箱体的俯视图。
图4为本实用新型电池箱箱体间微结构示意图1。
图5为本实用新型电池箱箱体间微结构示意图2。
图6为本实用新型的点阵条结构示意图。
图7为本实用新型的使用状态图。
图中所示：1.箱体，2.箱盖，3.防撞缓冲梁，4.半悬置式连接板，5.均热板，6.散热器，7.密封胶条，8.保险扣。
具体实施方式
下面结合本实例附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，以便本实用新型技术方案易于理解和掌握。
如图1、图2、图3所示，一种基于点阵结构的轻量化电池箱，包括箱体1和箱盖2，箱体1前后两端面上均设有两个并联的弓形防撞缓冲梁3，弓形防撞缓冲梁3通过螺栓连接的方式固定在箱体1上；箱体1左右两侧面上均设有多个半悬置式连接板4，即箱体1每个侧面的四个角处均有一个半悬置式连接板；半悬置式连接板的外伸端上设有连接孔、其内端通过螺栓组件与箱体连接；散热器5粘接在箱体1底板的底面上，散热器5由多个垂直于箱体底板上的散热片构成，散热片彼此之间呈间隔设置；箱盖2背面、箱体1内腔的底部和内壁上均设有粘接的真空腔均热板6，真空腔均热板6呈矩形阵列分布；箱盖2背面上设有环形的凹槽，凹槽内设有密封胶条7，凹槽用于对密封胶条7起定位作用，箱盖2和箱体1之间的间隙通过密封胶条7消除，箱盖2和箱体1通过保险扣8连接；如图4和图5所示，所述箱体1由内部为点阵结构的复合板制成，点阵结构的复合板由外面板101、内面板102、点阵结构芯子103组成；点阵结构芯子103的结构为：包括多个呈矩形阵列分布的支撑管柱1031，支撑管柱1031与外面板和内面板呈垂直设置，支撑管柱1031彼此之间通过横向拉筋1032连接，每个支撑管柱1031的两端分别与外面板、内面板粘接；所述外面板和内面板均由碳纤维材料制成、支撑管柱和X横向拉筋由低碳钢材料制成。
如图4和图5所示，点阵结构的复合板制作方法，具体步骤如下：a. 如图6所示，以点阵结构芯子一侧的支撑管柱作为基准点，沿基准点的纵向或横向将点阵结构芯子分解成多个点阵条；b.根据点阵条的尺寸参数制作铸造模具，把液态低碳钢材料的温度控制在合理范围内保证液态金属的流动性，为防止成型的点阵条结构内部出现气泡，在浇铸前需对模具的型腔进行真空处理，采用重力铸造的方式利用液态金属自重进行浇铸保证材料的填充率，把液态低碳钢材料注入模具型腔内，经冷却凝固变成与模具内腔形状结构相同的点阵条结构；c.采用焊接成型的方式：点阵条彼此之间通过X横向拉筋焊接成点阵结构芯子；即每个点阵单元由四个矩形阵列的支撑管柱和四个X型横向拉筋组成,四个支撑管柱彼此之间通过X型横向拉筋连接；d.采用胶粘技术：将每个支撑管柱的两端分别与内面板、外面板粘合，从而制得点阵结构的复合板。点阵结构的夹芯板具有最佳的承载结构：由平行于箱体载荷方向的支撑管柱来实现最小材料消耗下的最大承载能力，而由与载荷方向呈一定角度X型的横向拉筋来实现支撑管柱的稳定性以及载荷在各个支撑管柱之间的传递；这样的结构实现了载荷的合理分解，从而实现了最小化的材料消耗。
如图1所示，所述弓形防撞缓冲梁是为了让碰撞力可以均匀的沿着电池箱侧围和肋板之间传递，尽可能多的分散碰撞力，而不是只沿着电池箱侧围传递，避免了因局部应力过大造成电池箱破坏。当发生侧面碰撞时，碰撞力会先传递到弓形防撞缓冲梁上，使弓形防撞缓冲梁变形，从而吸收部分碰撞能量，减小了碰撞力，通过弓形防撞缓冲梁把碰撞力均匀分配到电池箱横向和纵向的肋板上，让强度、刚度和稳定性好的结构传递减小的碰撞力，避免了受力不均而引起电池箱破环的问题，提高了电池电气的安全性。
如图1、图2、图3所示，所述半悬置式连接板是指连接板的外伸端与车架连接后形成悬臂；箱体侧围上共有八个半悬置式连接板，上面四个半悬置式连接板用于约束电池箱水平方向的自由度和缓冲电池箱垂直方向的振动，下面四个半悬置式连接板用于约束电池箱竖直方向的自由度和缓冲电池箱侧向的振动。这种布置不仅使电池箱的固定更加牢固也减小了电池箱的振动。
所述箱体的内腔可以容纳一个大号电池，也可以通过隔板分割成容纳四个小号电池的腔室。
所述螺栓组件由螺栓、螺母、背紧螺母或垫片或涨紧套组成；所述保险扣和真空腔均热板均为现有技术，其结构不作详细描述；真空腔均热板是一个内壁具有微细结构的真空腔体，通常由铜制成。
使用方法：如图7所示，先将箱体装配在车架上，即箱体通过其上的半悬置式连接板、螺栓与车架连接；再将电池放入至箱体内，盖上箱盖，箱盖和箱体通过保险扣连接，实现电池密封在箱体内的目的。
本说明书中未做详细说明之处，为本领域公知的技术。以上是对本实用新型的具体实施进行详细说明，本实用新型还可以有其他实施方式。在不违背本实用新型精神的前提下做出的等同替换或者等效变化的技术方案，均包含在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于点阵结构的轻量化电池箱，包括箱体和箱盖，其特征在于：所述箱体的两侧面上均设有弓形防撞缓冲梁，所述箱体的两侧围上均设有半悬置式连接板，所述箱体的底部设有散热器，所述箱盖背面、箱体的底部和内壁上均设有真空腔均热板，所述箱盖和箱体之间设有密封胶条，所述箱盖和箱体通过保险扣连接；所述箱体由内部为点阵结构的复合板制成。
2.根据权利要求1所述一种基于点阵结构的轻量化电池箱，其特征在于：箱体两个长边侧围上分别设有两个保险扣。
3.根据权利要求1或2所述一种基于点阵结构的轻量化电池箱，其特征在于：所述箱体的两侧面上分别设有两个弓形防撞缓冲梁，弓形防撞缓冲梁通过螺栓固定在箱体上。
4.根据权利要求3所述一种基于点阵结构的轻量化电池箱，其特征在于：所述箱体两侧围上的半悬置式连接板共有八个，半悬置式连接板的外伸端上设有连接孔、其内端通过螺栓组件与箱体连接。
5.根据权利要求1或2或4所述一种基于点阵结构的轻量化电池箱，其特征在于：所述点阵结构的复合板由外面板、内面板、点阵结构芯子组成；点阵结构芯子的结构为：包括多个呈矩形阵列分布的支撑管柱，支撑管柱与外面板和内面板呈垂直设置，支撑管柱彼此之间通过横向拉筋连接，每个支撑管柱的两端分别与外面板、内面板粘接；所述外面板和内面板均由碳纤维材料制成、支撑管柱和X横向拉筋由低碳钢材料制成。
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