本申請涉及一種碳纖維復(fù)合材料電池箱及其設(shè)計方法，屬于新能源汽車領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

動力電池作為電動汽車的唯一動力來源，是影響電動汽車性能的重要指標(biāo)；而作為電池組的載體，電池箱則起著保護(hù)電池組正常、安全工作的關(guān)鍵作用，因此電池箱的結(jié)構(gòu)性能十分重要。

碳纖維復(fù)合材料是目前最先進(jìn)的材料之一，因其具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點，被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及其他各種特殊用途性能材料；以前電池箱多以鐵或鋁合金材料為主。鐵包裝箱笨重、使用不方便、易銹蝕；鋁合金包裝箱雖較為輕便，但造價高，在沿海地區(qū)不耐鹽霧等原因，正逐步被具有優(yōu)良力學(xué)性能和環(huán)境適應(yīng)性能的纖維增強(qiáng)材料所取代。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對電池箱設(shè)計需求，本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料電池箱及其設(shè)計方法；電池箱箱體由碳纖維復(fù)合材料以及PVC泡沫夾層組成，夾層采用PVC泡沫，能有效提高箱體的剛度，減小箱體的變形；吊耳采用鋁合金材料；碳纖維復(fù)合材料鋪層由Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化求得的鋪層塊組成；鋪層厚度以及鋪層次序均按優(yōu)化后的結(jié)果的進(jìn)行排布；電池箱設(shè)計的約束條件為，顛簸急剎車、顛簸急轉(zhuǎn)彎、正面碰撞、側(cè)面碰撞工況下箱體的剛度需求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

上述電池箱其特征在于：該電池箱由碳纖維復(fù)合材料以及PVC泡沫組成，夾層采用PVC泡沫，能有效提高箱體剛度，降低箱體的變形。

上述電池箱其特征在于：碳纖維復(fù)合材料鋪層由Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化求得的鋪層塊組成；鋪層厚度以及鋪層次序均按優(yōu)化后的結(jié)果的進(jìn)行排布。

上述電池箱其特征在于：電池箱設(shè)計的約束條件為，顛簸急剎車、顛簸急轉(zhuǎn)彎、正面碰撞、側(cè)面碰撞工況下箱體的剛度需求。

上述電池箱其特征在于：電池箱箱體的碳纖維鋪層角度為0°、±45°、90°。

上述電池箱其特征在于：電池箱的優(yōu)化設(shè)計流程依次為，自由尺寸優(yōu)化，確定鋪層形狀；尺寸優(yōu)化，確定鋪層數(shù)；鋪層次序優(yōu)化，確定電池箱鋪層次序。

上述電池箱其特征在于：各層之間由粘結(jié)劑粘結(jié)為一體，粘結(jié)劑選用熱固性樹脂，即不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。

上述電池箱其特征在于：箱體與吊耳之間通過螺栓連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：電池箱由碳纖維復(fù)合材料以及PVC泡沫夾層組成，夾層采用PVC泡沫，能有效提高箱體的剛度，減小箱體的變形；由于使用碳纖維復(fù)合材料和PVC泡沫，電池箱質(zhì)量大幅降低；碳纖維復(fù)合材料鋪層塊的形狀、鋪層次序、鋪層厚度，均按Optistruct優(yōu)化求得的結(jié)果進(jìn)行排布，使得碳纖維復(fù)合材料達(dá)到最合理的分布；電池箱采用一體化成型，工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是電池箱設(shè)計的載荷工況。

圖2是自由尺寸優(yōu)化設(shè)計后0°鋪層的厚度分布云圖。

圖3是自由尺寸優(yōu)化設(shè)計后±45°鋪層的厚度分布云圖。

圖4是自由尺寸優(yōu)化設(shè)計后90°鋪層的厚度分布云圖。

圖5是經(jīng)過自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層次序優(yōu)化設(shè)計后電池箱最終的厚度分布云圖。

具體實施方式

以下結(jié)合示意圖對本發(fā)明具體進(jìn)行說明。

在電池箱設(shè)計初期，根據(jù)電池箱在汽車行駛中所受到的載荷，對模型施加邊界條件和載荷，電池箱所受慣性力方向如圖1所示，其中1代表正面碰撞過程電池箱所受沖擊載荷，2代表急剎車時電池對電池箱前擋板的沖擊載荷，3代表急轉(zhuǎn)彎時電池對電池箱側(cè)擋板的沖擊載荷，4代表電池對箱體底面的沖擊載荷，5代表側(cè)面碰撞時電池箱受到的沖擊載荷。

電池箱G-Load分析載荷工況如表1所示。

表1G-Load分析載荷工況

電池箱碳纖維復(fù)合材料的鋪層角度為0°、±45°、90°。

在上述載荷工況下，經(jīng)過Optistruct自由尺寸優(yōu)化后，0°碳纖維鋪層厚度分布如圖2所示；±45°碳纖維鋪層厚度分布如圖3所示；90°碳纖維鋪層厚度分布如圖4所示。

在上述載荷工況下，經(jīng)過Optistruct尺寸優(yōu)化和鋪層次序優(yōu)化后，電池箱的最終鋪層順序如表2所示，電池箱最終厚度分布如圖5所示。

表2電池箱的最終鋪層順序

電池箱各層之間由粘結(jié)劑粘結(jié)為一體，粘結(jié)劑選用熱固性樹脂，即不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。

該電池箱的箱體與吊耳之間通過螺栓連接。

以上所述僅是本申請的較佳實施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體實施范圍，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。