阅读说明：本技术 一种钢铝混合电池包的下壳体 (lower shell of steel-aluminum hybrid battery pack ) 是由 段利斌 吴闯 江浩斌 于 2019-08-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢铝混合电池包的下壳体,包括边框结构、横梁、纵梁、底板和中间吊耳；中间吊耳自上而下穿过横梁和底板,并与横梁和底板固定,中间吊耳包括圆柱形中空结构的中间吊耳本体,中间吊耳本体顶端与中间吊耳螺母配合,下端依次贯穿式安装在中间吊耳加强板与中间吊耳套筒中；边框结构由四条边框拼接形成,四条边框分成两组,每组边框结构相同且相对设置,横梁由设有减重孔的倒U型薄壁结构内嵌至设有减重孔的“凸”字形薄壁结构构成,边框结构采用铝合金；横梁、纵梁、中间吊耳、底板均为钢制件。本发明充分吸收了铝合金与高强钢的优点,实现了电池包箱体的轻量化、低成本设计,且焊接变形小、连接强度高、加工效率高。(the invention discloses a lower shell of a steel-aluminum hybrid battery pack, which comprises a frame structure, a cross beam, a longitudinal beam, a bottom plate and a middle lifting lug, wherein the frame structure comprises a frame plate and a frame plate; the middle lifting lug penetrates through the cross beam and the bottom plate from top to bottom and is fixed with the cross beam and the bottom plate, the middle lifting lug comprises a middle lifting lug body with a cylindrical hollow structure, the top end of the middle lifting lug body is matched with a middle lifting lug nut, and the lower end of the middle lifting lug body is sequentially arranged in the middle lifting lug reinforcing plate and the middle lifting lug sleeve in a penetrating manner; the frame structure is formed by splicing four frames, the four frames are divided into two groups, each group of frame structure is the same and is oppositely arranged, the cross beam is formed by embedding an inverted U-shaped thin-wall structure with lightening holes into a convex thin-wall structure with lightening holes, and the frame structure is made of aluminum alloy; the cross beam, the longitudinal beam, the middle lifting lug and the bottom plate are all made of steel. The invention fully absorbs the advantages of aluminum alloy and high-strength steel, realizes the light weight and low-cost design of the battery pack box body, and has the advantages of small welding deformation, high connection strength and high processing efficiency.)

一种钢铝混合电池包的下壳体

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种钢铝混合电池包的下壳体。

背景技术

随着环境污染与能源问题的日趋突出，发展纯电动汽车是解决上述问题的有效途径。降低电动汽车的整备质量、提升续航里程、降低产品成本是推广应用纯电动汽车迫切需要解决的关键问题。电池包的重量约占电动汽车整备质量的30％左右，而电池包下壳体约占电池包重量的20％-30％。因此，开展电池包下壳体的轻量化、低成本的结构设计与制造，对于降低电动汽车的整备质量和成本、提升其续航里程具有重要意义。

铝镁合金具有密度低、吸能效果好、容易实现复杂结构的设计与制造等优点，但其缺点是成本较高。虽然铝合金电池包下壳体具有轻量化、性能优的优点，但其产品成本较高，在一定程度上限制了铝合金电池包下壳体的大规模推广应用。高强钢具有成本低、强度高、力学性能好、制造工艺成熟等优点，但缺点是密度大。尽管钢制电池包下壳体可以满足电池包的各项性能指标，但是较为笨重的下壳体是限制其大规模推广应用的主要因素。

基于混合材料与结构的电池包箱体为解决上述问题提供了一种新思路。现有技术公开了一种混合结构电池包，包括框架、下基板、加强板、隔框及上盖板，其中框架采用铝合金挤出型材，下基板、加强板、隔框及上盖板采用碳纤维单向布和聚氨酯树脂。虽然该电池包的轻量化效果较好，但是大量使用复合材料导致其制造成本较高，从而制约了这类电池包的大规模推广应用。现有技术还公开了一种钢铝混合电池包下壳体结构，包括边框、底板、加强梁，其中边框和加强梁采用铝合金型材挤压结构，底板采用钢板冲压件。然而，大量使用铝合金型材结构很难进一步降低电池包箱体的制造成本，并且该电池包的底板与加强梁仅通过胶粘工艺进行连接，结构胶在恶劣环境下容易老化和失效，可能引起电池包下壳体的连接强度变差、机械结构性能下降等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种钢铝混合电池包的下壳体，旨在实现电动汽车电池包的轻量化、低成本设计与制造。

本发明的技术方案是：

一种钢铝混合电池包的下壳体，边框结构、横梁和底板，所述下壳体还包括中间吊耳，中间吊耳自上而下穿过横梁和底板，并与横梁和底板固定；所述边框结构由四条边框拼接形成，所述横梁由倒U型薄壁结构内嵌至“凸”字形薄壁结构构成，所述中间吊耳包括圆柱形中空结构的中间吊耳本体，中间吊耳本体顶端与中间吊耳螺母配合，下端依次安装在中间吊耳加强板与中间吊耳套筒中，且中间吊耳本体与中间吊耳加强板MIG焊连接。

上述技术方案中，所述四条边框分成两组，每组边框结构相同且相对设置；第一组边框由依次排列的“口”字形空腔结构、“目”字形空腔结构A和三角形空腔结构A一体成型，且“口”字形空腔结构位于电池包内侧方向，所述“目”字形空腔结构A的下筋条A倾斜布置，所述“口”字形空腔结构底部沿电池包内侧方向延伸出翻边A，与底板自冲铆和粘胶连接，且自冲铆钉位于内圈，粘胶位于外圈；该组边框与“凸”字形薄壁结构长度方向两端的翻边E抽芯拉铆连接；第二组边框由依次排列的“目”字形空腔结构B和三角形空腔结构B一体成型，且“目”字形空腔结构B位于电池包内侧方向，所述“目”字形空腔结构B的下筋条B倾斜布置，所述“目”字形空腔结构B底部沿电池包内侧方向延伸出翻边B，与底板自冲铆和粘胶连接；该组边框与倒U形薄壁结构长度方向两端的翻边D抽芯拉铆连接。

上述技术方案中，所述“凸”字形薄壁结构的上表面设有吊耳安装孔B，所述倒U型薄壁结构中间设有吊耳安装孔A，所述吊耳安装孔A、吊耳安装孔B与中间吊耳安装孔A、中间吊耳安装孔B配合；所述“凸”字形薄壁结构中间内侧壁设有塞焊工艺孔A，所述塞焊工艺孔A与中间吊耳加强板两侧壁的塞焊工艺孔B配合，实现中间吊耳与横梁塞焊连接。

上述技术方案中，所述倒U型薄壁结构设有减重孔A，所述“凸”字形薄壁结构设有减重孔B。

上述技术方案中，所述下壳体还包括纵梁，所述纵梁底部翻边下表面与翻边A上表面贴合，且自冲铆连接；纵梁底部翻边下表面还与底板上表面、翻边D上表面贴合，且电阻点焊连接；所述纵梁沿其长度方向的两端设计有翻边F，一端与第一组边框粘胶连接，另一端与横梁进行MIG焊接。

上述技术方案中，所述边框结构的材料为铝合金，所述横梁、纵梁、中间吊耳和底板均为钢制件；所述边框结构通过挤压加工制造；所述横梁、纵梁均通过冲压或辊压成形。

本发明的有益效果：

1)本发明结构利用自冲铆、拉铆、胶粘、MIG焊、电阻点焊多种连接工艺成功解决了钢铝异种材料之间的连接问题。

2)本发明结构具有重量轻、成本低、焊接变形小、连接强度高、加工效率高、设备投资低等优点，为电池包的轻量化、低成本设计与制造提供了很好的解决方案。

3)本发明结构可以通过增加电池包长度或宽度以及横梁数量的方式，增加电池模组数量，从而满足消费者对续航里程的不同需求灵活安装不同数量的电池模组，实现电池包平台化与模块化的设计与制造。

附图说明

图1是本发明钢铝混合电池包的下壳体轴测图；

图2是本发明边框结构示意图，图2(a)是本发明边框连接关系示意图，图2(b)是本发明边框局部放大图，图2(c)是本发明1号边框、3号边框示意图，图2(d)是本发明1号边框、3号边框截面示意图，图2(e)是本发明2号边框、4号边框示意图，图2(f)是本发明2号边框、4号边框截面示意图；

图3是本发明横梁结构示意图，图3(a)是本发明“凸”字形薄壁结构与倒U形薄壁结构装配关系示意图，图3(b)是本发明“凸”字形薄壁结构示意图，图3(c)是本发明“凸”字形薄壁结构截面示意图，图3(d)是本发明倒U形薄壁结构示意图，图3(e)是本发明倒U形薄壁结构截面示意图；

图4是本发明中间吊耳结构示意图，图4(a)是本发明中间吊耳***图，图4(b)是本发明中间吊耳装配关系示意图，图4(b)是本发明中间吊耳装配关系剖视图；

图5是本发明底板结构示意图；

图6是本发明纵梁结构示意图，图6(a)是本发明结构纵梁示意图，图6(b)是本发明结构纵梁截面示意图；

图7是本发明纵梁与边框、横梁及底板连接关系示意图；

图8是本发明2号边框、4号边框与横梁连接关系示意图；

图9是本发明1号边框、3号边框与底板连接关系示意图；

图10是本发明2号边框、4号边框与底板连接关系示意图；

图11是本发明横梁与底板连接关系示意图；

图12是本发明中间吊耳与横梁、底板连接关系图，图12(a)是本发明中间吊耳与横梁、底板连接关系示意图，图12(b)是本发明中间吊耳与横梁、底板连接关系剖视图；

图13是本发明中电池模组与横梁、边框的装配关系示意图。

其中：100-边框结构、110-1号边框、111-“口”字形空腔结构、112-“目”字形空腔结构A、113-三角形空腔结构A、114-上筋条A、115-下筋条A、116-翻边A、117-拉铆螺母安装孔A、118-吊耳安装孔、119-小凸台A、1110-拉铆螺母安装孔B、120-2号边框、121-“目”字形空腔结构B、122-三角形空腔结构B、123-上筋条B、124-下筋条B、125-翻边B、126-铆钉安装孔、127-拉铆螺母安装孔C、128-小凸台B、129-拉铆螺母安装孔D、130-3号边框、140-4号边框、200-横梁、210-倒U形薄壁结构、211-翻边D、212-中间吊耳安装孔A、213-拉铆螺母安装孔E、214-拉铆螺母安装孔F、220-“凸”字形薄壁结构、221-翻边C、222-翻边E、223-中间吊耳安装孔B、224-塞焊工艺孔A、225-拉铆螺母安装孔G、226-减重孔、300-纵梁、301-翻边F、400-中间吊耳、410-中间吊耳本体、411-O形槽、412-圆柱形凹槽420-中间吊耳螺母、430-O形密封圈、440中间吊耳加强板、441-中间吊耳本体安装孔A、442-塞焊工艺孔B、450-中间吊耳套筒、451-中间吊耳本体安装孔B、500-底板、501-加强筋、502-涂胶槽、503-中间吊耳安装孔C、600-密封条、700-抽芯铆钉、800-拉铆螺母。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明钢铝混合电池包的下壳体轴测图，包括边框结构100、横梁200、纵梁300、中间吊耳400和底板500五部分，边框结构100通过粘胶和自冲铆与底板500相连，边框结构100通过内壁的铆钉安装孔126与横梁200两端翻边拉铆连接，横梁200底部翻边与底板500采用电阻点焊连接，纵梁300一端翻边与边框结构100通过粘胶连接，另一端翻边与横梁200通过MIG焊连接，纵梁300底部翻边与底板500通过电阻点焊连接，中间吊耳400自上而下穿过横梁200、底板500，中间吊耳400与横梁200塞焊连接、与底板500MIG焊连接。

图2为本发明边框结构100的结构示意图，其中，图2(a)是边框结构100连接关系示意图，边框100包括1号边框110、2号边框120、3号边框130和4号边框140，各边框“目”字形空腔结构A112、“目”字形空腔结构B121两端均加工成45°(即边框结构100的俯视图中“目”字形空腔结构A112、“目”字形空腔结构B121均为倒梯形)，从而拼接形成封闭的矩形框架结构，矩形框架结构的棱角位置切除三角形空腔结构的部分材料(图2(b))，方便矩形框架结构的四个棱角位置使用MIG焊接进行连接，以保证电池包的气密性要求。1-4号边框属于铝合金多胞薄壁结构，边框结构100与吊耳采用一体式设计，可通过挤压工艺加工制造。

图2(c)是1号边框110、3号边框130结构示意图，图2(d)是1号边框110、3号边框130截面示意图，1号边框110和3号边框130设计成相同的截面形状，可节省一套模具，降低制造成本，具体由“口”字形空腔结构111、“目”字形空腔结构A112和三角形空腔结构A113构成，“目”字形空腔结构A112位于中间，“口”字形空腔结构111紧邻“目”字形空腔结构A112并位于电池包内侧方向，三角形空腔结构A113紧邻“目”字形空腔结构A112并位于电池包外侧方向，“目”字形空腔结构A112的上筋条A114水平布置、下筋条A115倾斜布置，两条筋条有利于将电池包的载荷用最快的路径依次传递到三角形空腔结构A113(相当于吊耳)、车身上，“口”字形空腔结构111的底部沿电池包内侧方向延伸出一个翻边A116，用于与底板500进行自冲铆和粘胶连接，“口”字形空腔结构111的空腔结构上表面设计有拉铆螺母安装孔A117，用于安装电池模组。

图2(e)是2号边框120、4号边框140结构示意图，图2(f)是2号边框120、4号边框140截面示意图，2号边框120和4号边框140设计成相同的截面形状，可节省一套模具，降低制造成本，具体由“目”字形空腔结构B121和三角形空腔结构B122构成，其中“目”字形空腔结构B121位于电池包内侧方向，三角形空腔结构B122紧邻“目”字形空腔结构B121并位于电池包外侧方向，“目”字形空腔结构B121的上筋条B123水平布置、下筋条B124倾斜布置，“目”字形空腔结构B121的底部沿电池包内侧方向延伸出一个翻边B125，用于与底板500实现自冲铆和粘胶连接，2号边框120、4号边框140内壁设有铆钉安装孔126，用于与横梁200连接。

如图2(d)、(f)所示，1-4号边框的三角形空腔结构A113、三角形空腔结构B122沿电池包高度方向设计有吊耳安装孔A118、吊耳安装孔B127，用于与车架进行螺栓连接；1-4号边框上表面靠近电池包内侧方向的棱角位置设有向上布置的小凸台A119、小凸台B128，用于防止外界水汽与灰尘进入电池包内部；1-4号边框的上表面设计有拉铆螺母安装孔B1110、拉铆螺母安装孔D129，用于与密封条600、上壳体进行螺栓连接，保证电池包的密封性要求。

如图3所示的横梁200结构示意图，横梁200为钢制件，由倒U型薄壁结构210内嵌至“凸”字形薄壁结构220(图3(a))，并通过电阻点焊工艺装配连接构成，横梁200可通过冲压或辊压成形加工制造。图3(b)、(c)分别是“凸”字形薄壁结构220及其截面示意图，图3(d)是倒U形薄壁结构210及其截面示意图，“凸”字形薄壁结构220的底部设有向两侧沿伸的翻边C221，用于与底板500进行电阻点焊连接；“凸”字形薄壁结构220沿其长度方向的两端设计有翻边E222，用于与2号边框120和4号边框140进行抽芯拉铆连接；“凸”字形薄壁结构220的上表面设计有吊耳安装孔B223，用于安装中间吊耳400；“凸”字形薄壁结构220的中间内侧壁位置设计有塞焊工艺孔A224，用于与中间吊耳加强板440、中间吊耳套筒450进行塞焊连接；“凸”字形薄壁结构220的两侧凸台上面设计有拉铆螺母安装孔G225，用于安装电池模组。倒U形薄壁结构210的拉铆螺母安装孔E213位置与拉铆螺母安装孔G225对应，用于安装电池模组；倒U形薄壁结构210沿其长度方向的两端设计有翻边D211，用于与2号边框120和4号边框140进行抽芯拉铆连接；倒U形薄壁结构210的中间位置设计有吊耳安装孔A212，其位置与吊耳安装孔B223对应，用于安装中间吊耳400。倒U型薄壁结构210设有减重孔A214、“凸”字形薄壁结构220设有减重孔B226，用于实现轻量化；横梁200的布置方向与1号边框110或3号边框130平行。

图4(a)是本发明中间吊耳400的***图，中间吊耳400为钢制件，由中间吊耳本体410、中间吊耳螺母420、密封圈430、中间吊耳加强板440、中间吊耳套筒450构成。图4(b)、(c)分别是中间吊耳400装配关系示意图和剖视图，中间吊耳本体410为圆柱形中空结构，内部设计有螺纹，用于与中空的中间吊耳螺母420进行螺纹配合；中间吊耳本体410顶部开设O型槽411，用于放置密封圈430保证中间吊耳螺母420与中间吊耳本体410之间的密封性，实际使用时，电池包上壳体固定在中间吊耳螺母420与中间吊耳本体410之间；中间吊耳本体410底部设计有圆柱形凹槽412；中间吊耳加强板440与中间吊耳套筒450截面形状为倒U型薄壁结构210，中间吊耳加强板440中间设有中间吊耳安装孔A441，中间吊耳套筒450中间设有中间吊耳安装孔B451，用于安装中间吊耳本体410；中间吊耳加强板440两侧壁设计有塞焊工艺孔B442，用于与横梁200进行塞焊连接；中间吊耳本体410贯穿式安装在中间吊耳加强板440与中间吊耳套筒450中；中间吊耳本体410与中间吊耳加强板440采用MIG焊连接，保证电池包气密性。

图5是本发明底板500结构示意图，底板500为钢板冲压件；底板500沿法向冲压出加强筋501，用于提升其刚度、强度、NVH性能；底板500四周设有涂胶槽502，用于与1-4号边框进行粘胶连接，保证电池包气密性；底板500在横梁200安装位置处设计有中间吊耳安装孔C503，用于安装中间吊耳400。

图6(a)、(b)分别是本发明纵梁300及其截面示意图，纵梁300为钢制件，可通过冲压或辊压成形加工制造；纵梁300截面形状为几字形。图7(a)、(b)、(c)分别是本发明纵梁300与边框结构100、横梁200及底板500连接关系示意图，纵梁300底部翻边下表面分别与1号边框翻边A116上表面、3号边框翻边A116上表面、底板500上表面、横梁200底部翻边D221上表面贴合，翻边A116上表面与纵梁300底部翻边下表面自冲铆连接，底板500上表面、翻边D221上表面与纵梁300底部翻边下表面电阻点焊连接；纵梁300沿其长度方向的两端设计有翻边F301，一端用于与1号边框110和3号边框130进行粘胶连接，另一端用于与横梁200进行MIG焊接；纵梁200的布置方向与2号边框120或4号边框140平行。

图8是本发明结构2号边框120和4号边框140与横梁200连接关系示意图，2号边框120和4号边框140的铆钉安装孔126与横梁200两端翻边D211、翻边E222对应，2号边框120和4号边框140与横梁200通过抽芯铆钉700进行连接。

图9是本发明1号边框110和3号边框130与底板500连接关系示意图，1号边框110和3号边框130翻边A116的下表面与底板500上表面贴合；1号边框110、3号边框130与底板500通过粘胶和自冲铆两种工艺进行连接，并且自冲铆钉位于内圈，粘胶位于外圈，以保证电池包的机械强度和气密性要求。

图10是本发明2号边框120和4号边框140与底板500连接关系示意图，2号边框120和4号边框140翻边B125的下表面与底板500上表面贴合；2号边框120、4号边框140与底板500通过粘胶和自冲铆两种工艺进行连接，并且自冲铆钉位于内圈，密封胶位于外圈，以保证电池包的机械强度和气密性要求。

图11是本发明结构横梁200与底板500连接关系示意图，横梁200翻边C221下表面与底板500上表面贴合；横梁200与底板500通过电阻点焊工艺进行连接。

图12(a)是本发明中间吊耳400与横梁200、底板500连接关系示意图及其剖视图，中间吊耳加强板410自上向下外嵌至“凸”字形薄壁结构220，中间吊耳加强板440的塞焊工艺孔B442与塞焊工艺孔A224对应；中间吊耳套筒450自下向上内嵌至“凸”字形薄壁结构220；中间吊耳加强板440、中间吊耳套筒450与“凸”字形薄壁结构220通过塞焊工艺进行连接。中间吊耳本体410贯穿式安装在中间吊耳安装孔B223、中间吊耳安装孔C503中；中间吊耳本体410底部与中间吊耳安装孔503采用MIG焊连接，保证电池包气密性。

图13是本发明电池模组与边框结构100、横梁200的装配关系示意图，电池模组四个角位置开有螺栓孔，利用螺栓与镶嵌于边框结构100、横梁200内部的拉铆螺母800进行螺栓连接，实现电池模组与边框结构100、横梁200的紧固连接。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的设计人员来说，在不脱离本发明原理提前下的若干改进方案，(如通过更改边框长度或者横梁数量从而达到扩充与缩减电池包模组数量或者提出一种基于类似结构的混合结构、或者将铝合金更换为镁合金、工程塑料等轻质材料)应当视为本发明的保护范围。