新能源汽车电池包箱体结构的轻量化研究现状探析

新能源汽车电池包箱体结构的轻量化研究现状探析

李聪利

格力钛新能源股份有限公司  广东珠海 519000

[摘要]电池包箱体属于电池包内部重要的承载部件，箱体只有静动态维持稳定性，才可维持新能源型汽车内部动力系统可靠稳定的运行状态，这就决定了新能源型汽车电池包箱体总体结构的轻量化层面的研究及处理较为重要。故本文主要探讨新能源型汽车电池包箱体总体结构轻量化层面研究的现状，仅供业内参考。

[关键词]电池；汽车；新能源；包箱体；轻量化；结构；现状；

前言：

新能源型汽车电池包箱体，其通常固定于汽车底板部位的安装支架上面，分为上下壳体这两个部分。此类型汽车的动力系统，属于电气及机械结合的复杂性结构体，具体设计过程需着重考虑到强度、刚度、振动、使用寿命等各项因素。伴随新能源型汽车现阶段对于更高的能量密度及短时间完成充电等各项需求，对新能源型汽车电池包箱体结构轻量化层面研究现状开展综合分析较为必要。

1、简述新能源汽车

新能源汽车，即为以各种先进科技手段及能源所制造的一种新型汽车，其所具备优越性集中表现为以电动为基本能源，比较省油；易驾驶，无须换挡，更具安全性；仅需对电动机实施定期检查及保养即可，故可节省大部分保养费用[1]。

2、新能源型汽车电池包箱体总体结构轻量化研究现状

2.1 在电池包具体形状与其布设层面

新能源汽车电池包箱体结构以滑板、T字、凹字、土字等形式为主。在形状与其布设方式上，往往会受到车型开发设计平台所影响。凹字型的电池包，该电池包箱体布设层面通过对汽车底板和地面相互间空间结构的充分利用，促使它可以和乘员舱的底板部位实现充分贴合，而上部分壳体与车身地板较为接近，地板结构会和电池包箱体之间有冲突产生，故电池包箱体具体布设期间需着重考虑到和车身地板部位间隙层面因素。结构对于箱体部位所用的冲压材料实际厚度相对较薄，配合着外部凸筋予以组装，电池包箱体总体结构得以简化，质量得以减轻，电池包更具可靠性及密封性。但此电池组内部缺少电池热有效管理系统，极端环境条件之下使用功能无法得以保证。电池包箱体整体结构设计期间，滑板型电池包箱体总体结构设计比较经典，其电池包和车底板能够实现一体化，使用空间得以节约，通过对整车框架合理利用，实现对于电池组有效保护，此类型结构现阶段已成为新能源型汽车电池包箱体总体结构设计一大重要趋势。新能源型汽车电池包具体布设方式上，应当与汽车空间整体结构及其布局结合予以合理设计，所需考虑因素包含着载荷、驱动方式及离地间隙。伴随电池包各项科学技术持续地突破发展，布设方式科学合理性得以不断提升。电池包具体布设方式上，现阶段以车身后置、车身底板部位下置为主，底板下置此种布设方式，可促使车身重心降低，确保整车操纵更具稳定性，且可实现对碰撞传力基本路径的合理优化，现阶段已成为新能源型汽车电池包主要的一种布设方式[2]。

2.2 在电池包下部分箱体结构层面

新能源型汽车电池包的下箱体，属于电池包整个系统当中重要承载部件，其内部结构及总体布局关系着电池包实际使用寿命。针对下箱体的内部总体布局和耐撞结构、内膜的组隔板、加强筋等设计均有关联性。下箱体的碰撞结构具体设计期间，由于道路有着复杂性、多样性碰撞形式等特点，以至于无法确保所设计下箱体不可穿透性结构，现阶段部分学者增加对于电池包箱体整个碰撞结构层面研究。那么，通过选用材料及厚度不同铝合金的箱体，来对于电池包总体结构的抗压性能及其电池局部位置变形等实施验证分析，其结果则表明了电池包箱体当中，底板失效位移和板厚并无关联性；双层式防护板与泡沫式夹层板电池包箱体，其防撞效果相对良好。部分专家学者确立电池包箱体相应有限元基础模型，对它的正面及侧面碰撞实施安全性能的检测分析，认为其下箱体的碰撞结构应当选定吸能性三明治或双层类型结构，为电池包的下箱体更具碰撞的安全性提供保障。为防止压缩及冲击变形情况下遭到破坏，且充分满足于轻量化相应设计理念，局部带有着加强筋相应加强板则备受业内关注。部分专家学者对钣金件的加强筋总体结构予以优化，便于增强支撑板总体刚度；相关专家学者通过针对于车身部位钣金件各区域的加强筋予以合理优化，获取加强筋层面最优化的设计实施方案；优化变厚度的板壳，获取加强筋总体优化布局及其形貌。对电池包箱体部位设相应加强筋，确保箱体受力情况下不易发生变形，对电池组整个阵列予以固定，促使其抗弯扭的强度得以提升，且抗失衡总体能力得到改善。加强筋具体设计期间，应当着重考虑到起筋方向、截面、排布等，以箱体较强刚度为基础，尽量将它在电池箱当中空间的占有率把控至最小范围。新能源型汽车内部电池组通常是多层或是两2层排布，其电池箱内一般会设隔板，便于安装固定电池包的隔层。隔板设计期间，需着重考虑到它和连接构件、箱体之间稳定性情况，以隔板良好刚度为基础，尽量将质量减轻。电池箱体内部，现阶段多实行贯通式截面梁及管状梁布设形式，多个纵梁及横梁，把电池包分成若干电池模组相应安装区域。

2.3 在轻量化的优化方法层面

为确保极短时间之内，开发设计出具备优良性能及稳定性较高产品，则研发期间需运用到传统的试验技术、有限元系统仿真技术，便于辅助实施产品总体优化设计。部分专家学者对新能源型汽车电池包箱体总体结构，实施轻量化的仿真优化实施针对性分析，如以有限元Opti Struct优化系统软件为基础，优化设计电池包箱体总体结构形貌，促使新能源型汽车电池包箱体总体结构壁厚得以缩小，整体质量能够减轻约20%；确立电池包箱体总体结构有限元基础模型，多目标实施拓扑优化，将材料最优化分布确定下来之后，新能源型汽车电池包箱体总体结构质量得以减轻约10%；借助铝合金来对于新能源型汽车电池包箱体总体结构当中电池包板实际厚度予以合理优化，获取质量最佳新能源型汽车电池包箱体[3]；还有部分专家学者开发设计碳纤维材质编织布，以此作为优化设计实施手段，经多尺度各项参数优化，充分满足于各项性能需求基础上，促使复合材料类型电池包箱体总体结构质量得以减轻约22%；借助CAE的有限元科学分析方法，针对于新能源型汽车电池包箱体总体结构当中下板形貌予以合理优化，促使电池包箱体总体结构的力学特性能够更具科学合理性，总体质量得以减轻约61.39%；借助铝合金及高强钢等材料，来替换电池包箱体，对于箱体厚度实施多目标科学优化，促使新能源型汽车电池包箱体总体结构质量得以减轻约25.5%；并用多种材料及优化方法、流程等，配合科学合理的试验设计应用、模拟拟合、遗传算法系统结构优化等，以各项性能保障为基础，促使电池包箱体总体结构质量得以减轻约47.3%。通过借助CAE科技手段，针对于新能源型汽车电池包箱体各个部位实施合理优化，不同程度的轻量化效果则可得以实现。

3、结语

综上所述，结合现阶段我国对于新能源型汽车电池包箱体总体结构轻量化层面研究可了解到，现有结构轻量化各项技术手段及方法较多，基本上能够通过优化改进新能源型汽车电池包箱体各个部位，但仍然需持续增加对此方面的实践研究，以便于能够达到预期轻量化的处理效果。

参考文献：

[1] 熊自柳, 齐建军, 刘宏强,等. 新能源汽车及其轻量化技术发展现状与趋势[J]. 河北冶金, 2020,33(017):919-920.

[2] 王付才, 杨海. 纯电动汽车电池包壳体轻量化材料应用及研究进展[J]. 汽车工艺与材料, 2020,17(009):725-726.

[3] 李垚坤, 余万铨, 贺东方,等. 纯电动汽车电池箱体结构分析与轻量化设计[J]. 塑料工业, 2020, 48(018):510-511.