[发明专利]一种耐撞及抗穿刺的电池包外壳结构

说明书

本发明公开了一种耐撞及抗穿刺的电池包外壳总成，包括电池包外壳底板(1)、外壳侧壁(2)、电池包上盖(3)、密封端盖(5)，其特征在于：外壳侧壁(2)和电池包外壳底板(1)为中空结构，中空结构的空腔(101)为填充夹层提供了空间。电池包外壳底板(1)上设置有底板螺栓孔(102)，底板螺栓孔(102)用于电池模组及控制单元的安装固定；填充夹层具有负泊松比层芯，负泊松比层芯与空腔壁之间的连接采用胶接形式，层芯(6)的负泊松比性质通过星形结构形成。该发明中负泊松比层芯的应用进一步改善了电池包外壳在碰撞与挤压中的吸能特性，提高了防撞能力，同时使电池包外壳具备了一定的抗穿刺能力和抗压痕能力。

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种耐撞及抗穿刺的电池包外壳结构。

背景技术

新能源汽车由于其节能环保的特性，近年来得到了各界的高度重视。其中，纯电动汽车作为主要的新能源汽车类型，更是在工程技术与市场推广方面取得了巨大的进步。从长远来看，纯电动汽车在未来较长时间内仍将是汽车领域的重要发展方向之一，值得投入更多、更深入的研究。

在纯电动汽车中，动力电池包是动力系统的主体，更是整车的核心部件之一。电池包外壳具有固定电池模组、保护电芯、隔绝密封、吸收碰撞能量等重要作用，必须保证电池包在碰撞事故中不起火、不开裂、不漏液，避免二次伤害，因此需要对电池包外壳进行精确地设计与反复的校核。在汽车工程及其他机械工程领域，为了使结构具有更高的耐撞性及抗穿刺特性，工程师们往往会采用带夹层的三明治结构。目前尚未有将带夹层的空腔薄板应用于电池包外壳的先例，特别是具有优秀吸能特性与变形特性的负泊松比夹层结构。预计这种负泊松比夹层的动力电池包外壳将极大地提高电池包的碰撞吸能能力和抗穿刺能力，在新能源汽车领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池包外壳，使其在满足一般承载需求的同时，还具有较好的刚度、强度性能和一定的溃缩吸能特性。

本发明提供了一种耐撞及抗穿刺的电池包外壳总成，包括电池包外壳底板、外壳侧壁、电池包上盖、密封端盖，其中：外壳侧壁和电池包外壳底板为中空结构，中空结构的空腔为填充夹层提供了空间。电池包外壳底板上设置有底板螺栓孔，底板螺栓孔用于电池模组及控制单元的安装固定；填充夹层具有负泊松比层芯，负泊松比层芯与空腔壁之间的连接采用胶接形式，层芯的负泊松比性质通过星形结构形成，星形结构包括四角星形的功能构件及连接立柱；

在2维平面中，功能构件包括第一构件、第二构件、第三构件、第四构件、第五构件、第六构件、第七构件和第八构件，其中第一构件与第二构件组成一个锐角；第三构件与第四构件组成一个锐角；第五构件与第六构件组成一个锐角；第七构件与第八构件组成一个锐角；第一构件与第八构件组成一个内凹的钝角；第六构件与第七构件组成一个内凹的钝角；第四构件与第五构件组成一个内凹的钝角；第二构件与第三构件组成一个内凹的钝角；在每个钝角处设置有向外延伸的第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱；

相邻的星形结构通过第一立柱、第二立柱、第三立柱或第四立柱进行连接，构成在同一平面内有序排列的负泊松比性质的层芯。

本发明的有益效果在于：

1.整体强度及抗弯抗扭能力更强，提高了电池包外壳的承载能力和轻量化效果。电池包外壳的底板和侧壁采用铝合金挤压成型工艺制成，为薄壁空腔结构，并在空腔内嵌入负泊松比夹层。中空的铝合金型材板相比于单层板设计方案，具有更高的抗弯抗扭能力，因而能够实现电池包总成的减重，轻量化性能更优。

2.带层芯的三明治结构一般具有较高的吸能能力，提高了电池包总成的防撞能力。此外，具有负泊松比性质的层芯相较于普通泡沫芯具有更好的吸能效果。碰撞过程中，在相同压溃程度下，带有负泊松比夹层的结构能够吸收更多能量，约为无夹层结构的1.5倍，为普通泡沫铝芯芯三明治结构的1.25倍；同时，碰撞过程中碰撞力更为平缓，能够有效改善瞬时加速度过大的现象。这些特性源于其压溃过程中相对较高的应力曲线平台，使得结构在碰撞过程中能够较平稳地吸收更多的能量。