电池包箱体的轻量化与连接技术分析

电池包箱体的轻量化与连接技术分析

王楠

天津力神电池股份有限公司，天津市，300384

摘要：近些年我国汽车产业发展进入高峰阶段，新能源电动汽车迈入人们视野，为居民出行提供了更多选择方式，但是日益严重的污染和能源紧缺问题在一定程度上限制了汽车发展，因此如何实现节能减排，做好汽车轻量化研究逐渐受到重视。电池包作为汽车续航里程的主要组成部分进行轻量化研究，有利于减少污染物排放，提升电池效率和续航里程，因此本文以箱体结构安全性为基础进行电池包轻量化研究，为未来汽车行业发展提供参考。

关键词：电池包箱体；轻量化设计；连接技术

引言

社会发展进程的不断推进促进我国汽车产业的快速发展，但是与此同时，日益严峻的环境污染问题和能源紧缺问题导致汽车产业发展受限，因此汽车轻量化研究作为现阶段发展重点受到高度重视。轻量化汽车具有较好的节能减排效果，经过多次实验论证发现汽车结构质量每减少10%，汽车油耗可降低6%~8%，排放量将会下降3%~4%，这种情况是针对传统燃油车来讲的；对于新能源纯电动汽车来讲，车身质量降低10%，电力资源消耗量会下降5.5%，续航里程增加5.5%，同时汽车质量的降低可减小汽车制动距离，提高安全性能。所以无论是从车辆本身还是从节能减排方面来看，汽车轻量化研究均具有重要意义，电池包箱体作为新能源电动汽车的重要动力来源，轻量化研究必然受到重视，本文以电池包箱体的轻量化与连接技术为主要内容进行深入分析。

1轻量化结构设计

汽车电池箱轻量化研究与使用材料、箱体结构等等设计均有直接联系，因此在进行电池包量化设计研究当中首先要考虑到结构轻量化。具体如下:（1）进行结构轻量化工作首先要了解不同车辆电池包箱体的具体类型，这个过程中离不开制图技术的应用，尤其是目前CAD/CAE/CAM一体化技术广泛应用对于电池箱总体结构起到了重要作用，一体化技术准确清晰的描绘了不同车辆的电池箱体实体结构类型和布局，为技术人员优化工作提供参考。另外一体化技术配备了数据库，工作人员可在数据平台上查找不同电池箱体结构的配置，板材厚度等等内容，然后直接由系统生成与电池箱体相关的数据后进行刚度，强度，硬度计算。

（2）整体布局的优化是电池包箱体轻量化结构设计的重点内容，设计过程中需要注意的是轻量化设计必须符合车辆动力需求，不能一味追求轻量化设计反而本末倒置。理论来说优化升级包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化几个方面，实际上电池包箱体的优化设计分为前期设计和后期设计，前期一般做出大概的形状、尺寸优化案，而后期当中则需要从细节方面考虑不同电池包箱体的尺寸优化，形状优化等等内容的具体要求。以铸铝电池包箱体的拓扑分析为例，涉及优化要考虑到电池包箱体的实际安装位置和受力情况，在质量最小，体积最小的情况下必须要满足电池包的使用性能，结合目前设计优化方案来看，铸铝电池包箱体的支架安装位置是全约束，体积可减少20%。

（3）众所周知，电池包长期使用会出现发热，如果温度一直持续飙升，可能影响电池的使用寿命和车辆行驶，因此如何在量化研究当中提升电池能量密度也是重点考察内容。现阶段电池包热管理轻量化研究已经非常完善了，冷板结构大多采用吹胀工艺，包括冲压板，吹胀板等等，照结构设计来讲，冷板结构是单独放置的，所以设计优化当中需要通过仿真模型明确冷板流道具体布置情况，确保电池散热良好。另外设计师还要注重冷板结构的强度。最后，热管理系统与箱体结构的集成轻量化是新的结构轻量化研究方向，这种结构设置方案可以在电池包箱体的下部嵌入流道，优化整体结构布置，减少负载压力。

2电池包箱体连接技术

电池包箱体轻量化研究已经获得卓越成果，为汽车行业发展提供技术知识，但是轻量化研究的飞速进步对电池包箱体连接技术提出了更高要求，工作人员需要在保证电池包箱体安全性和稳定性的情况下做好轻量化材料连接，确保连接稳固性，目前常见的汽车电池包箱体连接技术包括焊接和机械连接两种。两种方式各有优劣，焊接作为传统施工工艺，在电池箱体加工中起到重要作用，包括传统熔焊，冷金属过渡技术，激光焊接等等；而机械连接方式紧固性更好，包括螺母连接，螺套连接等，工作人员应该根据电池包箱体设计需求，选择合适的紧固方案。

2.1传统熔焊

TIG和MIG焊作为电池包箱体加工中的常用焊接工艺环境适应性强、工作效率高、成本低，在目前焊接当中受到青睐，使用非常广泛。两种传统熔焊方式各有优势，TIG焊接在一些比较复杂的轨迹焊接中体现了较好的应用效果，焊接质量非常好，在边框焊接或者小零件焊接当中应用广泛，但是有速度偏低的缺点；MIG焊接效率快，熔透好，整体焊接应用较多。

2.2激光焊

激光焊接具有效率快，精度高等优点，是目前发展最快的焊接方法之一，主要以高能量密度的激光进行焊接工作，但是实际焊接过程中也存在激光反射问题，整体能量利用率偏低。技术人员深入研究后提出激光电弧复合焊接方法，这种方法结合了激光焊接和MIG焊接，焊接是首先使用MIG焊接电源形成电弧加热，为激光束的传输做好准备工作，便于提升能量利用率。这种复合式的焊接方法过程更加稳定，适用性更好，在未来电池箱体焊接方面大规模应用的概率非常高。

2.3冷金属过渡技术

冷金属过渡技术可称为CMT焊接，是一种以MIG焊接技术为基础的新技术，具体焊接过程中，如果熔滴和母材发生了短路，那么可以通过控制器了解到短路信息，瞬间将短路电流下降至0，然后实现熔滴和焊丝的分离，基本可以在无电流的过程完成冷过渡，解决了传统焊接过程中出现的因为焊丝爆断而产生的飞溅。总的来讲，这种优化过后的焊接技术适用于电池包箱体的多部位焊接，有效减少焊接变形，大量减少污染物，改善工作环境。

2.4机械连接

拉柳螺母和钢丝螺套连接是电池包箱体机械连接中最常见的两种连接方式，具体内容如下:（1）拉柳螺母连接方式具有非常显著的效率高，成本低，工作简单等等优势，另外使用传统焊接螺母很容易出现焊穿、滑牙等等严重影响电池包箱体结构稳定性和紧固性的问题，而拉柳螺母即使是在薄板连接当中也能体现重要作用，几乎不会出现焊穿。除此之外，通过拉柳螺母连接可以实现箱体边框和上盖部分的机械连接，总的来讲，在整体安装程中均能体现重要作用。（2）钢丝螺套在电池包箱体机械连接当中，常用于模组安装孔或者密封面安装孔，具有强度高，易修复等等优势，但是由于性质特殊，钢丝螺套强度较高且易于修复，但一般安装于厚壁处，不适用于薄壁安装。钢丝螺套最显著的优势就是可以加强螺孔强度，改善螺纹的旋向，提升连接部位的承载能力，保证电池包箱体稳固性。

结束语

综上所述，汽车结构轻量化研究是现阶段发展不可抵挡的趋势，电池包作为电动汽车运行的主要动力来源。结构和材料轻量化设计重要性不言而喻，如何通过轻量化材料和结构设计实现电池包箱体轻量化是工作重点。本文重点探讨了电池包箱体的轻量化与连接技术分析，了解轻量化设计要点，明确包括焊接和机械连接在内的多种连接技术，为后续新型轻量化结构设计和连接工艺的开发应用提供参考，也为汽车产业的快速发展提供新的思路。

参考文献：

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