一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱的制作方法

本发明属于新能源电动汽车领域，尤其涉及一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱。

背景技术：

“零泊松比材料”指的是材料在受拉或者受压情况下，在垂直于载荷的作用方向上的应变不发生变化的材料。具有“零泊松比效应”的材料大多应用于对于非受载方向上变形较为敏感或者不允许非受载方向上应变发生变化的情况。由于具有“零泊松比效应”的材料通常为蜂窝状结构，因此其在吸能、缓震方面具有更优于一般材料的性能。

电动汽车电池是电动汽车的动力之源，一旦受到破坏会严重影响车辆的正常行驶。正常行驶的汽车在遭受意外撞击时很有可能会波及电池部分，因此有必要使用一定的性能优越的材料来对电池进行保护，将对电池造成的破坏尽量减小。

现有的电动汽车电池的防护方案主要集中于壳体材料的选择，通过选用高强度材料可能会导致电池箱整体质量的增大。并且现有的电动汽车电池大部分都通过为电池壳体与电池间或者电池与电池之间设置一定的间隙来减小碰撞对内部电池模组造成的损害，一旦撞击较为严重时，很难保证不波及内部的电池模组。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，采用零泊松比材料填充进行吸能盒的设计，其结构在吸能和缓震方面具有优异的性能，工艺较为简单，造价相对低廉，质量更轻。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，包括上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、零泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充零泊松比三维结构材料13。

以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。

箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。

吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板15材料也为铝合金。所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；零泊松比三维结构材料13的元胞结构的1/4设计结构由第一竖边、第一斜边、第二斜边、第三斜边、和第二竖边组成，通过元胞厚度t的变化来设计厚度梯度，通过将两个元胞十字交叉形成零泊松比填充的最基本三维结构单元，再通过所述三维结构单元在x和y两个方向上的阵列来组成零泊松比材料的总体三维结构，第一斜边与水平方向的夹角为α，第二斜边与水平方向的夹角为β，第三斜边与水平方向的夹角为θ，其中，夹角α＝夹角θ＝45°-60°，夹角β＝45°-72°，竖直高度y/x应小于3。

有益效果：本发明提供了一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，采用变厚度梯度的十字形零泊松比材料填充在吸能盒体中，其结构在吸能和缓震方面更优于传统材料，且具有垂直于受载面方向应变为零的力学特性，可以更好地缓解汽车在遭受撞击时对于电池的损坏以及影响；本发明的十字形零泊松比元胞采用变厚度梯度设计，分层平铺，相较于传统吸能材料以及固定厚度的零泊松比的吸能结构在吸能方面的效果更佳；十字形零泊松比元胞制作简易，工艺较为简单，大多采用铝合金材料，造价相对低廉，质量也更轻。

附图说明

图1为电池箱组成示意图；

图2为1/4元胞参数示意图；

图3为变厚度梯度十字形零泊松比结构示意图；

图4为吸能盒内部填充结构图；

图中，1为上盖板、2为螺钉、3为吸能盒体、4为箱体板a、5为箱体板b、6为凹槽、7为入水口、8为螺母、9为出水口、10为下底板、11为铝合金导热板、12为碳纤维吸热板、13为零泊松比三维结构材料、14为螺纹孔、15为吸能盒上盖板、16为倾斜短边板、17为水道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

如图1所示，一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，包括上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、零泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图4所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充零泊松比三维结构材料13。

以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。

箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。

吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金。所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；如图2和图3所示零泊松比三维结构材料13的元胞结构的1/4设计结构由第一竖边、第一斜边、第二斜边、第三斜边、和第二竖边组成，通过元胞厚度t的变化来设计厚度梯度，通过将两个元胞十字交叉形成零泊松比填充的最基本三维结构单元，再通过所述三维结构单元在x和y两个方向上的阵列来组成零泊松比材料的总体三维结构。

如图2所示，第一竖边长a＝2.6mm，第一斜边长b＝4.5mm，第二斜边长c＝4.5mm，第三斜边长d＝4.8mm，第二竖边长e/2＝2.2mm。第一斜边与水平方向的夹角α＝45°，第二斜边与水平方向的夹角β＝68°，第三斜边与水平方向的夹角θ＝45°，每片元胞的高度都设计为h＝2mm，所设计的变厚度梯度的元胞的厚度有三种厚度数值，分别为t1＝2mm，t2＝2.5mm，t3＝3mm，每一种厚度平铺一层，按照t1，t2，t3，t1，t2，t3、、、或者t3，t2，t1，t3，t2，t1、、、或者t1，t2，t3，t2，t1，t2，t3、、、的厚度从电池箱壁往向电池模组方向平铺。

箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。

实施例2

如图1所示，一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，包括上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、零泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图4所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充零泊松比三维结构材料13。

以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。

箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。

吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金。所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；如图2和图3所示零泊松比三维结构材料13的元胞结构的1/4设计结构由第一竖边、第一斜边、第二斜边、第三斜边、和第二竖边组成，通过元胞厚度t的变化来设计厚度梯度，通过将两个元胞十字交叉形成零泊松比填充的最基本三维结构单元，再通过所述三维结构单元在x和y两个方向上的阵列来组成零泊松比材料的总体三维结构。

如图2所示，第一竖边长a＝2.6mm，第一斜边长b＝4.5mm，第二斜边长c＝4.5mm，第三斜边长d＝4.8mm，第二竖边长e/2＝2.2mm。第一斜边与水平方向的夹角α＝60°，第二斜边与水平方向的夹角β＝72°，第三斜边与水平方向的夹角θ＝60°，每片元胞的高度都设计为h＝2mm，所设计的变厚度梯度的元胞的厚度有三种厚度数值，分别为t1＝2mm，t2＝2.5mm，t3＝3mm，每一种厚度平铺一层，按照t1，t2，t3，t1，t2，t3、、、或者t3，t2，t1，t3，t2，t1、、、或者t1，t2，t3，t2，t1，t2，t3、、、的厚度从电池箱壁往向电池模组方向平铺。

箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。

实施例3

如图1所示，一种基于变厚度梯度零泊松比结构的电动汽车电池箱，包括上盖板1、吸能盒体3、箱体板a4、箱体板b5、下底板10；上盖板1、两片箱体板a4、两片箱体板b5、下底板10组合安装为箱体，吸能盒体3位于箱体内；吸能盒体3包括铝合金导热板11、碳纤维吸热板12、零泊松比三维结构材料13、吸能盒上盖板15，铝合金导热板11紧贴电池本体，碳纤维吸热板12紧贴箱体板a4和箱体板b5内壁，如图4所示，铝合金导热板11和碳纤维吸热板12之间填充零泊松比三维结构材料13。

以上所述结构中，上盖板1与下底板10都设计有与电池相配合的凹槽6，方便电池的固定与安装，上盖板1与下底板10四周都设计有贯穿的螺纹孔14，与箱体板a4、箱体板b5上的螺纹孔14对齐，通过螺钉2来实现上盖板1、下底板10与箱体板a4、箱体板b5的组装配合，中间加有橡胶垫圈；下底板10设计有凸缘且其上设计有螺纹孔14，方便下底板10通过螺钉2安装在车体上。

箱体板a4、箱体板b5两侧设计有倾斜短边板16，且都设计有螺纹孔14，通过螺钉2和螺母8来实现两片箱体板a4、两片箱体板b5的安装，且配合处安装有垫片，箱体板a4和箱体板b5内部分别设计有水道17，外侧设计有入水口7和出水口9，入水口7和出水口9位于箱体外侧的对角线位置，方便冷却液在箱体板内部流通，从而有效地对电池进行散热与降温，保障电池正常工作于其工作温度之间。

吸能盒体3内部设置有六个电池安置卡槽，吸能盒体3的外侧为碳纤维吸热板，内部卡槽由铝合金导热板围成，吸能盒上盖板材料也为铝合金。所述电池安置卡槽与凹槽6相对应；如图2和图3所示零泊松比三维结构材料13的元胞结构的1/4设计结构由第一竖边、第一斜边、第二斜边、第三斜边、和第二竖边组成，通过元胞厚度t的变化来设计厚度梯度，通过将两个元胞十字交叉形成零泊松比填充的最基本三维结构单元，再通过所述三维结构单元在x和y两个方向上的阵列来组成零泊松比材料的总体三维结构。

如图2所示，第一竖边长a＝2.6mm，第一斜边长b＝4.5mm，第二斜边长c＝4.5mm，第三斜边长d＝4.8mm，第二竖边长e/2＝2.2mm。第一斜边与水平方向的夹角α＝50°，第二斜边与水平方向的夹角β＝45°，第三斜边与水平方向的夹角θ＝50°，每片元胞的高度都设计为h＝2mm，所设计的变厚度梯度的元胞的厚度有三种厚度数值，分别为t1＝2mm，t2＝2.5mm，t3＝3mm，每一种厚度平铺一层，按照t1，t2，t3，t1，t2，t3、、、或者t3，t2，t1，t3，t2，t1、、、或者t1，t2，t3，t2，t1，t2，t3、、、的厚度从电池箱壁往向电池模组方向平铺。

箱体内部设有电池安置卡槽，每个箱体内部可放置六个电池模组。卡槽壁厚设置为8mm，电池周围的吸能盒由铝合金导热板以及碳纤维吸热板和零泊松比填充材料组成，其中铝合金导热板厚度t1设计为5mm，碳纤维吸热板设计为10mm。电池箱体的设计参数严格按照国家标案进行设计，材料采用铝合金。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。