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CN108172713A - 一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法 - Google Patents

一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法 Download PDF

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CN108172713A CN201711412934.6A CN201711412934A CN108172713A CN 108172713 A CN108172713 A CN 108172713A CN 201711412934 A CN201711412934 A CN 201711412934A CN 108172713 A CN108172713 A CN 108172713A
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谢堃
王亚东
曾祥兵
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Chery New Energy Automobile Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法，电池系统包括电池包上壳体和电池包下壳体，所述电池包上壳体采用玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料，所述电池包下壳体采用铸造铝合金成型。通过对电池系统的中电池包上壳体和电池包下壳体两个关键零部件的减重来实现整车质量的降低，从而提高电池系统的能量密度，使整车的续航里程进一步的增加，间接的实现了节能、减排、环保的目标；并且结构设计合理，安全稳定可靠。

Description

一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池技术领域，尤其是涉及一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法。
背景技术
作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一。汽车轻量化是国家节能减排战略的迫切需要，也是汽车企业乃至全行业提高产品核心竞争力的现实需求。新能源汽车作为汽车行业未来发展的方向一直受到持续的关注。
电池系统作为新能源汽车的一个重要组成部分，指用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置，由一个或多个电池包以及电池管理(控制)系统组成。由于电池系统是装在可运动的车辆上的，电池系统的使用会遇到不同使用工况，电池系统的整体布置设计的安全性、可靠性是很重要的设计参考因素。电池系统是一个复杂的工程技术，同时电池系统在新能源车中所占的重量比重又较大，一般情况下达到20％～30％。所以电池系统的轻量化技术的发展势在必行。
电动汽车电池系统包括电池管理系统、电池高压控制单元、电池模组、电池包上壳体、电池包下壳体、高压插件、低压插件、低压线束、连接铜排等；其中，电池包上壳体和电池包下壳体所占电池系统的重量比重较大达30％，也是电池系统轻量化设计的难题。
传统的电池包上壳体采用的钣金冲压工艺，由于电池包上壳体的拉深高度较大，一般可能达到300mm以上，所以成型工艺较为复杂，且容易产生开裂、褶皱、拉毛等缺陷，这些缺陷有的很隐秘，使用一般目视等常规手段很难发现，但是这些缺陷对于电池系统来说很致命，会造成密封失效，一旦液体进入电池系统内部会严重影响电池系统的安全。传统的电池包下壳体采用钣金冲压焊接工艺，由于焊接产生的热量较大，极易造成零件受热变形，同时造成产品尺寸超差，影响电池模组的装配。同时一些常见的焊接缺陷严重影响电池安全，如气孔、夹渣、烧穿、焊接裂纹等。这些缺陷都有可能造成电池系统的密封失效。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种轻量化电动汽车电池系统及其制作方法，以达到电池系统轻量化的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种轻量化电动汽车电池系统，包括电池包上壳体和电池包下壳体，所述电池包上壳体采用玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料，所述电池包下壳体采用铸造铝合金成型。
所述电池包上壳体中的玻纤长度大于25mm。
所述电池包上壳体的密度小于1.2g/cm3。
所述电池包下壳体采用低压铸造铝合金工艺成型。
所述电池包下壳体的密度小于2.7g/cm3。
一种轻量化电动汽车电池系统中的电池包上壳体制作方法，包括以下步骤：
(1)聚丙烯上料；
(2)一阶双螺杆机熔融，通过双螺杆挤出机的转动，带动物料运动，使物料间摩擦产生热量，最终熔融；
(3)二阶双螺杆机混配，将玻纤与聚丙烯按照比例混配在一起；
(4)定量切断，保证料进入模具的重量；
(5)保温输送，保证料进入模具前的温度可控；
(6)模具成型，通过液压机对输送来的块料进行成型，保压一段时间后打开模具；
(7)取件后处理。
一种轻量化电动汽车电池系统中的电池包下壳体制作方法，包括以下步骤：
(1)将铝锭及辅料放入熔炉内，进行原材料溶解；
(2)铝液精炼；
(3)电池包下壳体成型铸造；
(4)热整形，打开模具调整产品形状尺寸；
(5)将模具中的产品取出，不需要的部分切除，进行打磨以及抛丸；
(6)安装面以及孔位加工处理。
所述电池包下壳体制作方法步骤(3)中，在装有铝液的密封容器中，通入干燥的压缩空气，作用在保持一定浇注温度的铝液面上，造成密封容器内与铸件模具内型腔的压力差，使铝液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并增大压力并保持熔炉内液面上的气体压力，使模具型腔内的铝液在一定压力作用下结晶凝固。
所述电池包下壳体制作方法中在步骤(6)之后，对电池包下壳体进行表面电泳处理。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
通过对电池系统的中电池包上壳体和电池包下壳体两个关键零部件的减重来实现整车质量的降低，从而提高电池系统的能量密度，使整车的续航里程进一步的增加，间接的实现了节能、减排、环保的目标；并且结构设计合理，安全稳定可靠。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明电池包上壳体示意图。
图2为本发明电池包下壳体示意图一。
图3为本发明电池包下壳体示意图二。
图4为本发明电池包下壳体示意图三。
图5为本发明电池模组安装在电池包下壳体内示意图一。
图6为本发明电池模组安装在电池包下壳体内示意图二。
图7为本发明电池模组安装在电池包下壳体内示意图三。
图中：
1-1.电池包上壳体上表面；1-2.电池包维修开关安装孔组；1-3.电池包上壳体法兰面；1-4.电池包上壳体前表面；1-5.电池包上壳体侧表面；
2-1至2-10.电池包整车安装孔；2-11.电池包与整车连接高压输出插件安装孔组；2-12.电池包与整车连接快充插件安装孔组；2-13.电池包与整车连接慢充插件安装孔组；2-14.电池包与整车连接通讯插件安装孔；2-15.电池高压控制单元安装孔组；2-16.电池包下壳体密封法兰面；2-17.电池管理单元安装孔组；2-18.电池模组单元；
3-1.电池模组；3-2.手动维修开关及其固定支架；3-3.电池高压控制单元；3-4.电池管理系统；3-5.连接铜排。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图7所示，该轻量化电动汽车电池系统，包括电池包上壳体、电池包下壳体、电池模组3-1、电池高压控制单元3-3、电池管理系统3-4、手动维修开关及其固定支架3-2、高压插件、低压插件、低压线束以及连接铜排3-5。
电池包上壳体采用玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料，电池包下壳体采用铸造铝合金成型。通过对电池系统的中电池包上壳体和电池包下壳体两个关键零部件的减重来实现整车质量的降低，从而提高电池系统的能量密度，使整车的续航里程进一步的增加，间接的实现了节能、减排、环保的目标。
电池包上壳体是电池系统的关键零部件，由于电池对工作环境、温度的要求较高。电池包上壳体与电池包下壳体配合装配在一起可以进行有效的密封，本发明的电池系统防尘防水等级可以达到IP67要求。
电池包上壳体采用长玻纤增强聚丙烯(PP)热塑性复合材料，拥有韧性好，电池包上壳体中的玻纤长度大于25mm，强度高、电池包上壳体的密度小于1.2g/cm3成型后产品减重效果达到40％以上，且材料可回收利用，成本优势明显。
电池包上壳体的制作方法：
1、改性聚丙烯(PP)上料；
2、连续失重式秤量，可以提高进料的精度；
3、一阶双螺杆机熔融，通过双螺杆挤出机的转动，带动物料运动，使物料间摩擦产生热量，最终熔融；
4、二阶双螺杆机混配，将长玻纤与改性聚丙烯按照比例混配在一起；
5、定量切断，保证料进入模具的重量；
6、保温输送，保证料进入模具前的温度可控；
7、模具成型，通过1000T液压机对输送来的块料进行成型，保压一段时间后打开模具；
8、取件后处理，将零件取出对一些外观质量缺陷，如毛刺等进行加工处理。将一些模具中难成型的孔，通过夹具固定后切割出各安装孔。
电池包上壳体采用长玻纤增强聚丙烯(PP)热塑性复合材料，纤维长度较长可以明显提高电池包上壳体的力学性能；电池包上壳体的刚度、强度较高，完全满足电池包的性能及安全要求；电池包上壳体耐蠕变性能提高，尺寸稳定性好，部件成型精度高；电池包上壳体耐疲劳性能优良；电池包上壳体在高温和潮湿环境中的尺寸及材料稳定性更好。
电池包下壳壳体是电池系统的关键零部件，由于电池对工作环境、温度的要求较高。电池包上壳体与电池包下壳体配合装配在一起可以进行有效的密封，本发明的电池系统防尘防水等级可以达到IP67要求。
本发明的电池包下壳体采用低压铸造铝合金工艺，材质选用铸铝102。装配面的精度可以保证小于等于0.02mm，非加工面的精度可以保证小于等于1.5mm。该铝合金的密度较小，电池包下壳体的密度小于2.7g/cm3。铝合金电池包下壳体比钣金电池包下壳体减重比例达35％以上。同时铝合金电池包下壳体的机械性能还优于钣金结构。
电池包下壳体的制作方法：
1、原材料溶解，将一块块的铝锭及辅料放入熔炉内；
2、铝液精炼，主要目的是为了清除溶液内的气体和非金属夹杂物、均匀合金成分；
3、成型铸造，在装有铝液的密封容器(熔炉)中，通入干燥的压缩空气，作用在保持一定浇注温度的铝液面上，造成密封容器内与铸件模具内型腔的压力差，使铝液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并适当增大压力并保持熔炉内液面上的气体压力，使模具型腔内的铝液在较高压力作用下结晶凝固；
4、热整形，打开模具调整产品形状尺寸；
5、打磨，将模具中的产品取出，不需要的部分切除；
6、抛丸，去除表面氧化皮，提高产品的外观质量；
7、CNC加工，将产品需要装配安装面、孔位加工处理来；
8、表面处理，表面电泳处理。
本发明的电池包下壳体采用铝合金低压铸造工艺，有效的提升了电池包下壳体的力学性能；电池包下壳体的刚度、强度较高，完全满足电池包的性能及安全要求；电池包下壳体采用机加工的方式尺寸精度高；电池包下壳体耐疲劳性能优良；电池包下壳体在高温和潮湿环境中的尺寸及材料稳定性更好。
铝合金低压铸造相较于铸造工艺也具有如下优点：
铝液的氧化渣在上表面，低压铸造的升液管位置在铝水下部，从而进入模具的铝液是很纯净的，没有氧化渣；低压铸造的浇注工艺参数可在工艺范围内任意设置调整，可保证液体金属充型平稳，减少或避免铝液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，从而减少了二次氧化渣的形成，避免或减少铸件的缺陷，与其他铸造工艺相比大大提高了铸件质量；铝液在压力作用下充型，可以提高铝液的流动性，铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成型更为有利；铸件在压力作用下结晶凝固，并能得到充分地补缩，故铸件组织致密，机械性能高；劳动条件好；产效率高，易实现机械化和自动化，也是低压铸造的突出优点。
电池包上壳体加工形成电池包上壳体上表面1-1；电池包维修开关安装孔组1-2；电池包上壳体法兰面1-3；电池包上壳体前表面1-4以及电池包上壳体侧表面1-5。
电池包上壳体加工形成电池包整车安装孔2-1至2-10；电池包与整车连接高压输出插件安装孔组2-11；电池包与整车连接快充插件安装孔组2-12；电池包与整车连接慢充插件安装孔组2-13；电池包与整车连接通讯插件安装孔2-14；电池高压控制单元安装孔组2-15；电池包下壳体密封法兰面2-16；电池管理单元安装孔组2-17；通过上面结构便于安装定位电池包中零部件，最后电池模组单元2-18定位在电池包壳体内。
轻量化电动汽车电池系统装配方法如下：
步骤一：
将电池模组3-1按照预设的位置摆放在电池包下壳体内。用48个M8螺栓按照8N.m的扭矩将电池模组分别固定在电池包下壳体上。
步骤二：
将手动维修开关及其固定支架按照预设的位置摆放在电池模组固定孔上。用4个M8螺栓按照10N.m的扭矩将手动维修开关及其固定支架固定在电池模组上。
步骤三：
将电池高压控制单元按照预设的位置摆放在电池包下壳体内。用4个M8螺栓按照8N.m的扭矩将电池高压控制单元固定在电池包下壳体上。
步骤四：
将电池管理系统按照预设的位置摆放在电池包下壳体内。用4个M8螺栓按照8N.m的扭矩将电池管理系统固定在电池包下壳体上。
步骤五：
用串联铜排将电池模组及高压控制单元连接起来，并做好绝缘防护。
用低压线束将电池模组及其他通讯回路连接起来，做好固定。
步骤六：
将高压输出插件、高压快充插件、慢充插件、通讯插件分别安装在电池包下壳体上。
步骤七：
密封上盖，做气密检测。
通过对电池系统的中电池包上壳体和电池包下壳体两个关键零部件的减重来实现整车质量的降低，从而提高电池系统的能量密度，使整车的续航里程进一步的增加。并且结构设计合理，安全稳定可靠。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轻量化电动汽车电池系统，包括电池包上壳体和电池包下壳体，其特征在于：所述电池包上壳体采用玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料，所述电池包下壳体采用铸造铝合金成型。
2.如权利要求1所述轻量化电动汽车电池系统，其特征在于：所述电池包上壳体中的玻纤长度大于25mm。
3.如权利要求1所述轻量化电动汽车电池系统，其特征在于：所述电池包上壳体的密度小于1.2g/cm3。
4.如权利要求1所述轻量化电动汽车电池系统，其特征在于：所述电池包下壳体采用低压铸造铝合金工艺成型。
5.如权利要求1所述轻量化电动汽车电池系统，其特征在于：所述电池包下壳体的密度小于2.7g/cm3。
6.一种轻量化电动汽车电池系统中的电池包上壳体制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：
(1)聚丙烯上料；
(2)一阶双螺杆机熔融，通过双螺杆挤出机的转动，带动物料运动，使物料间摩擦产生热量，最终熔融；
(3)二阶双螺杆机混配，将玻纤与聚丙烯按照比例混配在一起；
(4)定量切断，保证料进入模具的重量；
(5)保温输送，保证料进入模具前的温度可控；
(6)模具成型，通过液压机对输送来的块料进行成型，保压一段时间后打开模具；
(7)取件后处理。
7.一种轻量化电动汽车电池系统中的电池包下壳体制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：
(1)将铝锭及辅料放入熔炉内，进行原材料溶解；
(2)铝液精炼；
(3)电池包下壳体成型铸造；
(4)热整形，打开模具调整产品形状尺寸；
(5)将模具中的产品取出，不需要的部分切除，进行打磨以及抛丸；
(6)安装面以及孔位加工处理。
8.如权利要求7所述电池包下壳体制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在装有铝液的密封容器中，通入干燥的压缩空气，作用在保持一定浇注温度的铝液面上，造成密封容器内与铸件模具内型腔的压力差，使铝液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并增大压力并保持熔炉内液面上的气体压力，使模具型腔内的铝液在一定压力作用下结晶凝固。
9.如权利要求7所述电池包下壳体制作方法，其特征在于：所述步骤(6)之后，对电池包下壳体进行表面电泳处理。
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