新能源汽车电池包箱体结构的轻量化研究现状

崔欣瑶 梁广振

摘 要：在发电和充电技术支持下，新能源电动汽车应运而生，新能源电动汽车不仅具备传统汽车功能，同时也可以保证绿色的生态环境，新能源汽车只需借助电能，即可驱动汽车。相较于传统燃油汽车新能源汽车有很大的不同，其主要是由电力驱动以及控制系统所构成，以车载电源作为行车动力，具有无污染无噪音、能源效率高、结构简单易于维修等优势，因而，开展新能源电动汽车充电模式和设施建设研究势在必行。

关键词：电池包箱体;下壳体;结构设计;轻量化

引言

锂电池因其具有能量密度高、循环的寿命高、没有记忆效应、能快速充电优点，被应用在新能源汽车上。为了能够保证电池的安全性和汽车运行过程的高效可靠性，故障诊断技术对于防止电池出现重大性的故障具有十分重要的作用。

1新能源汽车的分类

新能源汽车与传统汽车的主要差别在于动力源。传统汽车主要依靠燃烧化石燃料提供动力。新能源汽车可分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。纯电动汽车（BEV）不需要其他动力装置，可以完全由可充电电池提供动力的，没有尾气排放，对于环境保护较好;混合动力汽车（HEV）是拥有2个或2个以上动力源的汽车，不完全依靠可充电池提供动力，会对环境有一定的影响，但相比于传统汽车节能效果更好，排放较小;燃料电池汽车（FCEV）主要依靠燃料电池提供动力，对环境污染较小。

2电池包箱体材料轻量化研究进展

2.1 材料的选定

在电池壳结构中，模块的箱体下部和安装板是主要载体，对于复合材料的轻量化设计和优化技术探索，原不锈钢材料被300gsm型碳纤维复合材料取代，T700级碳纤维布， 并且此类碳纤维的抗拉强度可大于3.5GPa，上部箱体主要起到密封作用，考虑到实际成本问题，仍使用DC01。 碳纤维复合材料是正交形的，应用于汽车结构可能会大大降低汽车的质量，但其机械参数受到许多因素的影响，如加工工艺、丝束规格等。为了研究碳纤维复合材料的力学性能，在干燥的环境温度试验环境中检测到了拉伸0、拉伸90、压缩0、压缩90、面内剪切、三点弯曲和层间剪切强度等7种元素.

2.2电池盒体复合材料

电池箱体中使用的复合材料主要是轻材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料和SMC复合材料。例如，baummer等人成功地用泡沫铝质复合三明治制造了一个能够重现20 kbit的低容量电池片，从而使低容量电池片的质量降低了10%至20 %。Choi等人[9]通过改变碳纤维和玻璃纤维的含量（掺杂纤维总量不超过40%）并满足强度、冲击等条件，成功地研制出了比普通钢低31%的强化塑料外壳。，从尼龙6（PA6）开始。毛泽东等人与一汽汽车共同开发碳纤维电池盒体，成功地将盒体质量从110公斤降至19公斤。碳纤维增强复合材料具有密度低、强度高的优点，并广泛应用于电池盒体[11-13]。德国信通技术化学研究所开发了一个聚氨酯热硬化塑料电池盒，其质量为35公斤，可运载340公斤电池，比同等重量的钢减少35%以上。邵明屋顶等[15]以玻璃纤维连续织物为基材料，以环氧乙烷树脂玻璃纤维增强复合材料为基材料，采用预浸料压力成型工艺制造，定量效果也较轻.

3电池包箱体结构轻量化研究

3.1气压平衡部件与电池箱体的安装界面密封性设计

在长期使用过程中，由于温度、海拔等的变化，可能会出现室内和室外压力的差异。并且防水办公表面能承受的压力是肯定的。当内外压力差超过限值时，密封接口会恶化，导致IP67保护失败。为了解决这一问题，通常需要在电池包装上安装压力平衡元件，例如气雾阀或防爆阀。如果压力平衡零件和电池盒体之间的密封设计不当，也容易成为整个电池盒的密封失效位置。蓄电池箱上箱体空气阀的紧固螺母采用凸平台点焊螺母的方法。将气阀固定螺母焊接到蓄电池箱体上后，螺母的焊接面与蓄电池箱上的箱体包租，有效保证阀固定螺母与上部箱体壁对接，保证.

3.2铺层设计

由于碳纤维复合材料是正交各向异性的，因此在设计涂层时，必须注意涂层的顺序和方向，而且由于复合材料的设计良好，结构的合理设计不仅能反映复合材料的优良力学性能，而且能达到最大限度为了提高碳纤维结构的制造能力，设计如下：首先出现+45层和-45层对;其次，同一角度的铺装层不会连续出现两次以上。

3.3高低壓连接器与电池盒体之间安装接口的密封设计

在蓄电池组密封设计中，大多数蓄电池车辆采用普通点焊螺母为蓄电池组高压连接器和蓄电池组体安装螺母，安装接口的密封效率损失也很高， 因此要注重高压连接器与蓄电池箱体固定之间的密封性，蓄电池箱体壁面平整度要求很高。为了保证低压连接器与蓄电池箱体固定位置之间的密封性， 紧固点螺母可使用盲接触焊接螺母，并将法兰表面直接焊接到电池盒体壁上，以确保插卡接触焊接螺母和电池盒下的盒体壁孔完全融合在一起， 从而有效保证此处的密封性，提高插卡固定螺母与下部箱体生产之间的一致性。

3.4连接模式

在连接模式下，传统电池盒在上部电池盒的连接部分和汽车底盘的连接部分上安装了螺钉组件。介绍了碳纤维复合材料后，为了保证复合材料的完整性和异质材料的连接问题，选择了粘接方法。橡胶接头可以提高粘接部分的密封性和耐蚀性，粘接层上的应力分布与传统连接方法相比比较均匀，连接位置的疲劳强度也有所提高。

3.5电池包箱体成型技术

电池包箱体的成型技术主要根据其选用的材料决定，目前多以铝板和纤维增强材料作为电池包箱体用材料，不同企业采用的成型技术也有所不同。铝板主要的成型技术为冲压铝焊接、挤出铝搅拌摩擦和铸造等。在不改变箱体强度的条件下，特斯拉Model系列和宝马i3利用冲压铝焊接工艺，使箱体质量减轻了40%;大众GolfGTE插电混动版和宝马X5电池包箱体都利用铸造成型工艺制造而成。还有一些新的铝合金成型技术，如上海交通大学开发的铝合金大部件真空压铸技术、北京有色金属研究院的铝合金半固态流变压铸技术[44]，后者的成本只稍高于常规压铸，并能实现35%～48%的轻量化效果，在汽车零部件中的应用十分广泛，预计未来会成为电池包箱体的主要制造工艺。

3.6数据采集系统设计

锂电池需要采集的数据有：电压（V/V）、电流（I/A）、温度（T/℃）。本文测量单节电池的放电电压，电压从3.9V左右经过100min的时间降到3.2V左右。利用ACS71205B电流传感器模块进行电流的测量，可以测量5A的电流，他所对应的模拟量的输出时185mv/A。

结束语

综上所述，在现代能源紧缺的情况下，新能源电动汽车的高速发展在这种情况下是必然的情况，新能源电动汽车的推动不仅有利于构建我国绿色生态环境，同时也可以减少不可再生资源的浪费。同样想要加速对新能源汽车的研究与推广，就必须要对新能源汽车的充电桩进行大力的推广，避免出现无处充电现象的发生，达成双方共赢的局面，实现我国新能源汽车推进的最终目的。

参考文献：

[1]王品健，谢晖，王杭燕.纯电动汽车动力电池包结构轻量化设计[J].汽车技术，2019（12）：29-33.

[2]赵传军，张毅翔.纯电动汽车动力电池箱体的设计研究[J].上海汽车，2019（12）：2-6+14.

[3]吴中旺，刘畅，胡剑锋.钢钣金电池包箱体的研发路线[J].锻造与冲压，2019（18）：21-23+39.

[4]曲东忍，马彬，陈晓薇.基于各向异性电池模型的电池包冲击响应分析[J].北京信息科技大学学报（自然科学版），2019，34（04）：11-16.

[5]贾丽娜.某电动汽车电池包结构安全性分析及优化[D].哈尔滨工业大学，2019.