多功能平臺(tái)化低成本的復(fù)合材料汽車蓄電池托盤開發(fā)應(yīng)用

朱萬才

摘 要：主要介紹復(fù)合材料蓄電池托盤在某車型上的研發(fā)和應(yīng)用。根據(jù)布置需求，該車型蓄電池托盤需滿足三種規(guī)格蓄電池安裝、兩種動(dòng)力的ECU、TCU安裝、以及發(fā)動(dòng)機(jī)線束的安裝。充分利用PP材料一體注塑成型特性，通過集成設(shè)計(jì)、CAE分析和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用精益化設(shè)計(jì)手段降低產(chǎn)品成本，解決復(fù)合材料蓄電池托盤成本比鈑金蓄電池托盤成本高的問題，完成復(fù)合材料蓄電池托盤試制和驗(yàn)證，最終得到多功能、平臺(tái)化、低成本的汽車蓄電池托盤。

關(guān)鍵詞：蓄電池托盤 復(fù)合材料 多功能 平臺(tái)化 低成本

Development and Application of Multifunctional Platform Low-cost Composite Material Car Battery Tray

Zhu Wancai

Abstract：The article mainly introduces the development and application of composite battery trays on a certain vehicle model. According to the layout requirements， the battery tray of this model needs to meet three specifications of battery installation， two power ECU， TCU installation， and engine wiring harness installation. The article makes full use of the integrated injection molding characteristics of PP material， through integrated design， CAE analysis and product structure optimization， and adopts lean design methods to reduce product costs， solve the problem that the cost of composite battery trays is higher than that of sheet metal battery trays， and complete composite battery trays trial production and verification， and finally get a multi-functional， platform-based， low-cost car battery tray.

Key words：battery tray， composite material， multi-function， platform， low cost

1 應(yīng)用背景

隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，其應(yīng)用方向也正在由內(nèi)、外飾裝飾件向結(jié)構(gòu)件和功能件延伸。蓄電池托盤通常需提供蓄電池安裝、線束安裝、ECU、TCU安裝等接口，導(dǎo)致零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鈑金的蓄電池托盤零件多、焊點(diǎn)多、成本高。長玻纖增強(qiáng)PP材料是長玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的一種，與常見的短玻纖增強(qiáng)材料相比，主要用10～12mm長度的玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基體，可以更明顯地提高材料的強(qiáng)度和剛性，并提高抗沖擊性能，同時(shí)保持了短纖維復(fù)合材料易于加工的特點(diǎn)[1]。通過集成設(shè)計(jì)減少零件數(shù)量，以及注塑一體成型工藝解決鈑金蓄電池托盤零件多問題。

2 問題描述

根據(jù)布置需求，該項(xiàng)目蓄電池托盤需滿足44AH、45AH、55AH三種規(guī)格蓄電池安裝、兩種動(dòng)力的ECU、TCU安裝、以及發(fā)動(dòng)機(jī)線束安裝要求。鈑金的蓄電池托盤（圖1）存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量重、零件多、焊點(diǎn)多、成本高、防腐能力差等缺點(diǎn)。為滿足蓄電池托盤輕量化、平臺(tái)化要求，降低開發(fā)成本和提升蓄電池托盤防腐蝕能力，項(xiàng)目放棄開發(fā)鈑金托盤的方案，決定開發(fā)復(fù)合材料汽車蓄電池托盤。

3 蓄電池托盤應(yīng)用要求

3.1 安裝要求：該車型需滿足44AH、45AH、55AH三種規(guī)格電池，兩種ECU、一種TCU，以及提供發(fā)動(dòng)機(jī)線束安裝（圖2）。

3.2 平臺(tái)化要求：為了減少零件種類以及少開發(fā)零件，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，開發(fā)一種蓄電池托盤滿足不同車型共用，提出了平臺(tái)化要求。

3.3 成本要求：隨著汽車市場競爭的不斷加劇，各大汽車主機(jī)廠紛紛把競爭力提升的焦點(diǎn)放在高質(zhì)量與低成本上。為了在該車型推廣復(fù)合材料蓄電池托盤，成本要求低于鈑金托盤成本。

3.4 性能要求：蓄電池托盤一般位于汽車前艙內(nèi)，通過支架固定在前縱梁上;蓄電池托盤需承載重達(dá)15kg左右的蓄電池，在運(yùn)行過程中要承受顛簸振動(dòng)，以及加速、減速或轉(zhuǎn)向等的側(cè)面受力;工作環(huán)境最高溫度約為120℃，最低溫度國內(nèi)一般設(shè)置一40℃：蓄電池托盤容易接觸到水或機(jī)油等介質(zhì)，要注意防腐。所以蓄電池托盤必須滿足強(qiáng)度和防腐要求。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

4.1 材料選擇：隨著長纖增強(qiáng)塑料技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)受成本壓力的驅(qū)動(dòng)，長玻纖增強(qiáng)PP材料正在逐步取代部分短纖增強(qiáng)PA材料應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件[2]。PP-LGF30成本較低，剛性較好，沖擊強(qiáng)度較好，是常用材料，具有采購成本低優(yōu)勢(shì)，作為本次復(fù)合材料蓄電池托盤開發(fā)的材料選擇。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：零件的剛性不僅與材料剛性有關(guān)，還與零件的厚度及結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。按照等效剛度設(shè)計(jì)原則[3]，參照鈑金蓄電池托盤進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，使用壁厚為3.5 mm的PP-LGF30基本可以達(dá)到鈑金蓄電池托盤的剛性，同時(shí)該壁厚也滿足常用塑料件的壁厚要求，經(jīng)CAE分析，滿足強(qiáng)度要求，且安全裕度較高，滿足設(shè)計(jì)要求。