碳纖維復合材料電池箱體的設計盤點


新能源汽車乘勢而起,推動汽車產業可持續發展。新能源汽車以電力作為動力源,驅動汽車行駛,所以汽車中的動力電池也決定了新能源汽車的行駛距離和行駛速度,直接影響汽車的性能表現。
電池箱體作為電動汽車用動力電池的防護零件,對結構設計、重量等方面的要求都很高,在電池模塊的重量和尺寸確定后,設計電池箱體時考慮的因素比較多。
首先電池箱體是電池模塊的承載件,電池模塊需要通過它連接到車身上。其次,動力電池一般安裝在車體下部,考慮到電池模塊的工作環境,電池箱體需要具有對模塊的防護功能,需要考慮模塊的防水防塵以及道路環境對電池箱體的腐蝕,電池箱體還需要考慮承受車輛運行過程中的振動和沖擊等。根據電池模塊的形狀和布置方式,結合動力電池在車身上的位置,本著盡量利用空間的原則,此電池箱體的外包絡設計為接近方形的箱體結構。
電池箱主體結構層由碳纖維布鋪附而成,并且輔以樹脂,在連接處使用了金屬接頭,金屬接頭和主體結構層之間用結構膠連接。電池模塊組和箱體之間采用金屬緊固件進行連接。為了增加零件的強度和模態,在一些大面積的結構面上,加強筋是提高結構穩定性的典型形式,而帽形筋條相對來說承載效率高、重量低,本電池箱體采用了類似帽形筋條凸筋和凹筋對結構進行了加強。鑒于連續纖維復合材料的特性,碳纖維加強結構凸筋和凹筋處做等厚設計。在鋪層設計方面,電池箱體的碳纖維編織布采用了T300-3K和T300-12K,兩種織布混合的方式,共10層碳纖維平紋織布加樹脂的設計。鋪層時主要考慮了以下注意事項:鋪層角的均衡性、同一鋪層方向的數量要求、鋪層的對稱性、鋪層層間角度的偏差、限制大連續鋪層數。電池箱體零件采用了10層平紋織布交叉平鋪的方式,鋪層方式為[0 /45 /0 /45 /0 /0 /45 /0 /45 /0]。在連接設計方面,電池模塊需要通過電池箱體連接在車體上,電池箱體在連接處采用了金屬緊固件進行連接,這些緊固件部分采用埋入方式,通過控制埋入的深度使連接處能夠承受較高的拉伸強度;部分緊固件和碳纖維本體之間采用結構膠粘結在一起。另外可利用有限元仿真分析軟件對以上設計進行驗證,分析結果表示該碳纖維復合材料電池箱在結構模態、機械沖擊和結構疲勞方面完全滿足要求。
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