一种碳纤维复合材料电池箱及其设计方法与流程

本申请涉及一种碳纤维复合材料电池箱及其设计方法，属于新能源汽车领域。

背景技术：

动力电池作为电动汽车的唯一动力来源，是影响电动汽车性能的重要指标；而作为电池组的载体，电池箱则起着保护电池组正常、安全工作的关键作用，因此电池箱的结构性能十分重要。

碳纤维复合材料是目前最先进的材料之一，因其具有轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点，被广泛用作结构材料及其他各种特殊用途性能材料；以前电池箱多以铁或铝合金材料为主。铁包装箱笨重、使用不方便、易锈蚀；铝合金包装箱虽较为轻便，但造价高，在沿海地区不耐盐雾等原因，正逐步被具有优良力学性能和环境适应性能的纤维增强材料所取代。

技术实现要素：

针对电池箱设计需求，本发明公开了一种碳纤维复合材料电池箱及其设计方法；电池箱箱体由碳纤维复合材料以及PVC泡沫夹层组成，夹层采用PVC泡沫，能有效提高箱体的刚度，减小箱体的变形；吊耳采用铝合金材料；碳纤维复合材料铺层由Optistruct结构优化求得的铺层块组成；铺层厚度以及铺层次序均按优化后的结果的进行排布；电池箱设计的约束条件为，颠簸急刹车、颠簸急转弯、正面碰撞、侧面碰撞工况下箱体的刚度需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述电池箱其特征在于：该电池箱由碳纤维复合材料以及PVC泡沫组成，夹层采用PVC泡沫，能有效提高箱体刚度，降低箱体的变形。

上述电池箱其特征在于：碳纤维复合材料铺层由Optistruct结构优化求得的铺层块组成；铺层厚度以及铺层次序均按优化后的结果的进行排布。

上述电池箱其特征在于：电池箱设计的约束条件为，颠簸急刹车、颠簸急转弯、正面碰撞、侧面碰撞工况下箱体的刚度需求。

上述电池箱其特征在于：电池箱箱体的碳纤维铺层角度为0°、±45°、90°。

上述电池箱其特征在于：电池箱的优化设计流程依次为，自由尺寸优化，确定铺层形状；尺寸优化，确定铺层数；铺层次序优化，确定电池箱铺层次序。

上述电池箱其特征在于：各层之间由粘结剂粘结为一体，粘结剂选用热固性树脂，即不饱和聚酯树脂或环氧树脂。

上述电池箱其特征在于：箱体与吊耳之间通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：电池箱由碳纤维复合材料以及PVC泡沫夹层组成，夹层采用PVC泡沫，能有效提高箱体的刚度，减小箱体的变形；由于使用碳纤维复合材料和PVC泡沫，电池箱质量大幅降低；碳纤维复合材料铺层块的形状、铺层次序、铺层厚度，均按Optistruct优化求得的结果进行排布，使得碳纤维复合材料达到最合理的分布；电池箱采用一体化成型，工艺简单，适合大规模生产。

附图说明

图1是电池箱设计的载荷工况。

图2是自由尺寸优化设计后0°铺层的厚度分布云图。

图3是自由尺寸优化设计后±45°铺层的厚度分布云图。

图4是自由尺寸优化设计后90°铺层的厚度分布云图。

图5是经过自由尺寸优化、尺寸优化、铺层次序优化设计后电池箱最终的厚度分布云图。

具体实施方式

以下结合示意图对本发明具体进行说明。

在电池箱设计初期，根据电池箱在汽车行驶中所受到的载荷，对模型施加边界条件和载荷，电池箱所受惯性力方向如图1所示，其中1代表正面碰撞过程电池箱所受冲击载荷，2代表急刹车时电池对电池箱前挡板的冲击载荷，3代表急转弯时电池对电池箱侧挡板的冲击载荷，4代表电池对箱体底面的冲击载荷，5代表侧面碰撞时电池箱受到的冲击载荷。

电池箱G-Load分析载荷工况如表1所示。

表1G-Load分析载荷工况

电池箱碳纤维复合材料的铺层角度为0°、±45°、90°。

在上述载荷工况下，经过Optistruct自由尺寸优化后，0°碳纤维铺层厚度分布如图2所示；±45°碳纤维铺层厚度分布如图3所示；90°碳纤维铺层厚度分布如图4所示。

在上述载荷工况下，经过Optistruct尺寸优化和铺层次序优化后，电池箱的最终铺层顺序如表2所示，电池箱最终厚度分布如图5所示。

表2电池箱的最终铺层顺序

电池箱各层之间由粘结剂粘结为一体，粘结剂选用热固性树脂，即不饱和聚酯树脂或环氧树脂。

该电池箱的箱体与吊耳之间通过螺栓连接。

以上所述仅是本申请的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。