一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击结构装置的制作方法

本发明涉及一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击防护结构装置，用于动力电池组底部的防护，属于电池安全技术领域。

背景技术：

随着纯电动汽车的续航里程不断增加，动力电池组整体尺寸较大，其底部暴露在外的布置方式使得电池底部在实际使用中所处的环境变得极端复杂，如何有效避免路面飞溅物对动力电池的撞击破坏正逐渐成为新的研究课题。

目前国内外针对电动汽车的被动安全防护方法主要有两种：一种是对汽车车身或电池包结构进行设计，将汽车碰撞产生的冲击力不直接加载到电池组上，而将能量分散；另一种是利用弹簧、阻尼器或某些特殊的新型材料直接对撞击能量进行吸收。对于电池组底部的碰撞防护主要集中于用高强度材料、采用加强筋以及横纵梁结构等。

国内外目前对于所用剪切增稠材料的力学性能已有研究，han等人研究了聚丙二醇中含10％气相二氧化硅的悬浮液粘度随剪切速率增加而变化的情况，如附图说明图4所示。在抵抗冲击方面的应用上，所用剪切增稠材料由于其分散相粒子在受到冲击时能够相互聚集，目前多被用来制造质地轻柔且防弹防刺性能良好的新型防护装甲，如液体防弹衣、自行车用手套、头盔和滑雪服等。

现有的电池组底部防护结构：一方面降低了汽车的通过性；另一方面，由于其结构刚度始终保持不变，不具备刚度随冲击增大而增大的特性。在较大冲击下，防护结构虽然未出现断裂，但可能产生较大变形而导致电池组变形，这同样会带来安全问题。具有质轻且可抵抗冲击性能的剪切增稠材料在汽车安全防护方面应用甚少，现有电池组底部安全防护方面多为金属防护，未发现所用剪切增稠材料在此方面的论述和应用。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击防护结构，采用dst(非连续性剪切增稠液)，该dst剪切增稠材料具有随剪切速率增大而粘度急剧增大的表现。如附图说明图4所示，在高剪切速率(50-100s^-1)下，该材料粘度系数随剪切速率增大而迅速增加，使得材料刚度迅速增加，抵抗冲击变形；在低剪切速率(0-10s^-1)下，随剪切速率增加而逐渐降低，即呈现出剪切变稀现象，表现为流体，从而可适当变形，提高汽车的通过性。

本发明采用的技术方案为：一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击结构装置，所述结构装置的内层设有dst剪切增稠材料填充物，所述填充物外层设有软质橡胶器囊，防止所述填充物泄漏；所述软质橡胶器囊外层设有硬质橡胶保护套，所述硬质橡胶保护套两端与电动车车架纵梁连接。

所述结构装置，在布置上，采用三个电池包抗冲击结构装置，跨接在车架两端纵梁上，并且采用“前疏后密”的布置方式，即靠近车头方向的前两个电池包抗冲击结构装置的相隔距离为后两个相隔距离的4倍。

所述结构装置中，每个结构防护件与电池包底部具有一定空隙，便于电池包的散热。

所述软质橡胶器囊使用硫化橡胶材料，为密封腔体结构。

所述硬质橡胶保护套横截面为弧形。

所述一定空隙是在5～8cm范围。

所述填充物采用剪切增稠材料材料，其粘性随剪切速率增大而增强。

本发明与现有技术相比的有益效果：现有的电池组底部防护结构：一方面降低了汽车的通过性；另一方面，由于其结构刚度不具备随冲击增大而增大的特性。在较大冲击下，防护结构虽然未出现断裂，但可能产生较大变形而导致电池组变形，这同样会带来安全问题。本发明具有提高汽车低速通过性和减少路面高速飞溅物对电池包底部冲击损伤的双重作用，由于填充物4采用剪切增稠材料材料，在高剪切速率(50-100s^-1)下，该材料分散相粒子迅速聚集，粘度系数可达100pa·s，刚度迅速增加，避免产生大变形，从而保证电池组机械完整性；在低剪切速率(0-10s^-1)下，材料粘度系数始终在10pa·s左右，呈现出剪切变稀现象，表现为流体，从而可适当变形，提高汽车的通过性。

附图说明

图1为本发明的结构俯视图；

图2为图1中a-a位置剖面图；

图3为本发明在汽车中的布置图，其中a为系统仰视图，b为系统主视图；

图4为剪切增稠材料粘度系数与剪切速率关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明进行详细说明。

如图1、2所示，本发明一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击结构装置，包括填充物4，填充物4采用dst剪切增稠材料，填充物4外层设有软质橡胶器囊3，软质橡胶器囊3外层设有硬质橡胶保护套2，硬质橡胶保护套2的横截面为弧形，两端通过螺栓1与车架连接。在布置上如图3中的a,b所示，采用三个电池包抗冲击结构装置6，跨接在车架两端纵梁5上，并且采用“前疏后密”的布置方式，具体形式见图3中的a靠近车头的前两个电池包抗冲击结构装置6相隔距离为后两个相隔距离的4倍；电池包抗冲击结构装置6安装后，与电池包7底部空隙在5～8cm范围内，即每个结构防护件与电池包底部具有5～8cm空隙，便于电池包的散热，具体布置方式见图3。

以上所述构成本发明基本结构。

汽车低速通过某障碍物时，防护结构硬质橡胶保护套2受力，软质橡胶器囊3产生缓慢变形，此时填充物4在低剪切速率(0-10s^-1)加载条件下，材料粘度系数始终在10pa·s左右，且具有随剪切速率增加而逐渐降低的性能，即呈现出剪切变稀现象，表现为流体，允许防护结构能够随着障碍物外轮廓而变形，使得汽车低速通过障碍物，提高汽车的通过性；当路面飞溅物冲击防护结构时，橡胶外壳2迅速受力，壳内软质橡胶3迅速把力传给填充物4，在高剪切速率(50-100s^-1)下，该材料粘度系数可达100pa·s，刚度迅速增加，抵抗冲击变形。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于剪切增稠材料的电池包抗冲击结构装置，内层设有DST剪切增稠材料填充物，填充物外层设有软质橡胶器囊，防止填充物泄漏，软质橡胶器囊外层设有硬质橡胶保护套，硬质橡胶保护套两端通过螺栓与车架连接。本发明所用DST剪切增稠材料具有随剪切速率增大而粘度急剧增大的表现。在高速率的冲击下，该材料表现出更高的刚度；在以低速通过障碍物时，该材料可呈现出剪切变稀现象，表现为流体，从而可适当变形，提高汽车的通过性。

技术研发人员：许骏;段旭冬;高翔;王璐冰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2018.12.29
技术公布日：2019.04.05