新能源汽車電池包箱體結(jié)構(gòu)研究

摘 要：針對新能源汽車結(jié)構(gòu)而言，電池包下箱體作為其關(guān)鍵部件，對于電池組保護(hù)性能、電池包整體結(jié)構(gòu)、整車使用壽命、車輛側(cè)面碰撞性能等方面具有一定影響。合理、科學(xué)的電池包箱體結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)為汽車提供動力來源，確保其能夠安全、正常行駛。對此，本文針對新能源汽車電池包箱體結(jié)構(gòu)展開分析，從箱體材料、結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)、性能評價等多方面入手，著重闡述電池包箱體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝，確保其可滿足市場需求，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電池包 輕量化 下箱體結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)代化背景下，汽車產(chǎn)業(yè)得到高速發(fā)展，新能源汽車作為汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，其具備環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢。在正常行駛期間，電池箱作為整車安全行駛的“心臟”，一旦受到外部擠壓等作用力，則會產(chǎn)生一定安全風(fēng)險。在實際運行中，相關(guān)人員需深入分析電池包箱體結(jié)構(gòu)，結(jié)合電池箱的受力特性，全面優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)，采用輕量化制造技術(shù)，從成型、連接等方面入手，有效減少電池包自重，確保新能源電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。

1 新能源汽車電池包箱體材料分析

針對新能源汽車結(jié)構(gòu)而言，在整車系統(tǒng)質(zhì)量中，電池包占據(jù)其總質(zhì)量的18%-30%，以電池包為參考，箱體質(zhì)量占據(jù)其10%-20%。在現(xiàn)代化背景下，為更好滿足新能源汽車箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，主要是采用輕量化設(shè)計方案。結(jié)合新能源汽車電池包箱體材料研究情況分析，其需具備化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性特點，在當(dāng)前市場結(jié)構(gòu)中，普遍使用金屬、復(fù)合材料。本文以金屬材料為研究對象，結(jié)合汽車輕量化設(shè)計理念，以鋁合金為例，著重探討其對于電池包箱體結(jié)構(gòu)的影響。在具體應(yīng)用中，鋁合具有剛強(qiáng)度大、密度小的優(yōu)勢，目前市場中主要應(yīng)用鋁型材電池箱等產(chǎn)品，實際承載結(jié)構(gòu)主要包含底板式、框架式，以特斯拉Roadster、蔚來ES8、寶馬i3等汽車為例，其電池包箱體材料均采用鋁板，有效抵御外界沖擊，增強(qiáng)電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

電池箱材料對于結(jié)構(gòu)性能具有一定影響，鋁合金材料具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為良好滿足實際使用需求，相關(guān)人員可應(yīng)用全鋁電池箱結(jié)構(gòu)，憑借材料穩(wěn)定性優(yōu)勢，使其在車輛持續(xù)振動的情況下，增強(qiáng)自身應(yīng)用性能，提高產(chǎn)品實際質(zhì)量，以某鋁制材料為例，其具體屬性如表1所示[1]。

全鋁電池箱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可確保車輛在不同工況下的穩(wěn)定性，在具體設(shè)計期間，相關(guān)人員需根據(jù)材料特點、車輛設(shè)計需求，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)設(shè)計。為實現(xiàn)對電池組的全面保護(hù)，相關(guān)人員需應(yīng)用相應(yīng)焊接技術(shù)，從殼體、底板橫梁、安裝點等部位進(jìn)行焊接，確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可滿足實際需求，保證新能源汽車的安全性、穩(wěn)定性。

2 新能源汽車電池包箱體結(jié)構(gòu)分析

2.1 電池包形狀及布置

根據(jù)新能源汽車電池包箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝而言，通常情況下，主要固定在汽車底板位置，電池包結(jié)構(gòu)主要包含“凹”“土”“T”字形等結(jié)構(gòu)，受車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計、車型等因素影響，實際電池包結(jié)構(gòu)具有差異性特點。以“凹”字形結(jié)構(gòu)為例，在實際設(shè)計期間，主要是借助地面、汽車底板之間的空間結(jié)構(gòu)，優(yōu)化空間設(shè)計，確保電池包箱體與乘員艙底板能夠相互契合。在具體布置過程中，相關(guān)人員需綜合考量電池包箱體、車身地板間間隙，避免地板部分結(jié)構(gòu)、電池包箱體之間產(chǎn)生沖突問題。從結(jié)構(gòu)角度來看，根據(jù)實際需求，可適當(dāng)減薄沖壓材料厚度，降低結(jié)構(gòu)沖突概率。在此基礎(chǔ)上，為落實輕量化設(shè)計理念，可應(yīng)用外部突筋，使其輔助安裝，有效減輕質(zhì)量，并簡化電池包結(jié)構(gòu)特征。同時，在車輛行駛期間，不可避免會涉及極端環(huán)境，相關(guān)人員可設(shè)計電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，提升電池箱結(jié)構(gòu)的合理性，在節(jié)約使用空間的情況下，增強(qiáng)電池組保護(hù)效果[2]。

對于電池包布置而言，為增強(qiáng)布置方式的科學(xué)性，相關(guān)人員需綜合考量汽車整體空間結(jié)構(gòu)、載荷、離地間隙等因素，優(yōu)化電池包排列方式。對于電池包布置類型而言，主要包含車身底板下置、車身后置等類型，以底板下置為例，其具有穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，在實際應(yīng)用期間，能夠在一定程度上降低車身中心，根據(jù)實際情況，優(yōu)化碰撞傳力路徑，減少碰撞事故帶來的影響，提高整車操縱穩(wěn)定性。以小鵬G3為例，其主要是位于底板下方，與之相比，特斯拉Model系列電池包排列方式主要是采用長方形底板、車身底板一體化的排列方式，整體穩(wěn)定性較高。對此，為強(qiáng)化電池包箱體結(jié)構(gòu)性能，相關(guān)人員需從形狀、布置等方面入手，優(yōu)化組合設(shè)計，盡可能減輕質(zhì)量，為電池包安全性、可靠性提供保障。

2.2 電池包下箱體結(jié)構(gòu)

對于電池包系統(tǒng)而言，下箱體結(jié)構(gòu)作為其主要承載部件，相關(guān)人員需加大內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重視，結(jié)合實際需求，采用科學(xué)、合理的布局，以此增強(qiáng)電池包使用壽命，保證新能源車輛能夠正常運行。在實際設(shè)計中，相關(guān)人員需綜合考量加強(qiáng)筋、耐撞結(jié)構(gòu)、內(nèi)部模組隔板等情況，增強(qiáng)電池包下箱體結(jié)構(gòu)的承載力。對于車輛行駛環(huán)境分析，道路類型具有多樣性特點，在設(shè)計下箱體碰撞結(jié)構(gòu)過程中，需著重考量多樣化的碰撞形式，合理選擇鋁合金材料類型、厚度，確保其局部抗變形能力達(dá)到實際標(biāo)準(zhǔn)。為提高防撞效果，相關(guān)人員在設(shè)計電池包箱體期間，可采用泡沫夾層板、雙層防護(hù)板的方式，應(yīng)用三明治原理，有效提高下箱體結(jié)構(gòu)的碰撞安全性。

基于輕量化設(shè)計理念，為良好增強(qiáng)下箱體沖擊變形的抵抗能力，相關(guān)人員可采用局部加強(qiáng)筋的方式，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大幅度提升支撐板的剛度水平。在下箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，加強(qiáng)筋的應(yīng)用能夠在一定程度上固定電池組陣列，避免箱體受外力影響產(chǎn)生變形問題，增加抗彎扭強(qiáng)度。在設(shè)計過程中，需在保證箱體剛度的前提下，綜合考量起筋方向、截面等因素，有效降低其在電池箱內(nèi)部的空間占有率。新能源汽車結(jié)構(gòu)、運行原理的不同，實際電池組排列具有一定差異性，通常情況下，其主要是采用兩層、多層排布方式。通過在其內(nèi)部設(shè)置隔板，可提升各層電池包的安裝固定效果。在對隔板設(shè)計過程中，為保證隔板剛度、質(zhì)量能夠達(dá)到下箱體結(jié)構(gòu)制造標(biāo)準(zhǔn)、輕量化設(shè)計要求，相關(guān)人員需考量隔板與結(jié)構(gòu)連接間的穩(wěn)定性，優(yōu)化設(shè)計方案。以比亞迪漢為例，其電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是借助單體電池的作用，使其充當(dāng)梁結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部無橫縱梁。對于下殼體而言，基于實際情況分析，主要采用電池邊框、底板，整體設(shè)計符合比亞迪漢內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間需求，整體結(jié)構(gòu)安裝具有合理性、科學(xué)性的優(yōu)勢[3]。

2.3 電池包箱體輕量化優(yōu)化

為保證電池包箱體結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，相關(guān)人員需深入挖掘電池包箱體輕量化優(yōu)化方法，根據(jù)實際需求，可引入有限元仿真技術(shù)，憑借技術(shù)優(yōu)勢，使其全面優(yōu)化電池包箱體形貌，高效輔助完成產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計工作。在實際應(yīng)用期間，可借助有限元仿真軟件，對汽車電池包箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。在此基礎(chǔ)上，采用局部細(xì)化法不斷進(jìn)行簡化，深入分析模型特點，提高計算精度。在保證結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度等性能水平的情況下，相關(guān)人員需進(jìn)行仿真試驗，明確電池組箱體結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力、最大變形程度，根據(jù)有限元分析結(jié)構(gòu)，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少材料消耗，保證材料得到充分利用的同時，減輕電池包箱體結(jié)構(gòu)重量，落實輕量化設(shè)計要求，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供保障。

在建立模型期間，為保證計算精度，相關(guān)人員可在劃分模型的過程中，適當(dāng)增加單元數(shù)量，基于實際情況，合理確定單元密度。另外，根據(jù)有限元法計算原理，應(yīng)合理選擇便捷條件，采用正交試驗方式，縮減仿真計算結(jié)果、試驗結(jié)果之間的差距，有效減少人為誤差，提升設(shè)計方案質(zhì)量、效率。在正交試驗設(shè)計過程中，主要是綜合考慮多個因素，使其相互存在制約關(guān)系，通過對每一個因素進(jìn)行試驗，可大大提高計算效率，確保得到較為理想的優(yōu)化方案[4]。

3 電池包箱體制造技術(shù)輕量化分析

3.1 電池包箱體成型技術(shù)

結(jié)合輕量化理念，在制造電池包箱體期間，相關(guān)人員需從成型技術(shù)入手，合理選用適應(yīng)性較強(qiáng)的材料。結(jié)合目前材料市場情況分析，電池包箱體材料主要表現(xiàn)為金屬、復(fù)合等材料，不同材料實際成型技術(shù)具有一定差異性。結(jié)合本文所研究的鋁板材料為例，主要是采用沖壓鋁焊接、鑄造等技術(shù)，有效提升箱體強(qiáng)度，確保其滿足電池包箱體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

以特斯拉Model系列為例，其主要是采用沖壓鋁焊接工藝，在實際制造期間，主要是借助模具對金屬板材施加外力，采用沖壓技術(shù)，使其發(fā)生塑性變形，直至其達(dá)到車輛所需形狀、尺寸的零件。同時，結(jié)合特斯拉Model系列電池包成型技術(shù)分析，主要是采用一體化壓鑄技術(shù)，借助特大噸位壓鑄機(jī)，以一次成型的方式，簡化制造流程。另外，采用多種先進(jìn)焊接技術(shù)，結(jié)合鋁合金材料特點，可采用冷金屬過渡、電阻點焊相結(jié)合的技術(shù)方式，有效提升鋁材連接強(qiáng)度，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量焊接目標(biāo)。以電阻點焊技術(shù)為例，其作為一種新興技術(shù)，主要是控制熱輸入量，通過配備獨特的電極帶，可精準(zhǔn)控制焊接點的深度、形狀，保證焊接過程的穩(wěn)定性。結(jié)合特斯拉Model系列電池包箱體結(jié)構(gòu)特點分析，該焊接技術(shù)主要應(yīng)用于鋁材、其他金屬材料連接工作中，有效增強(qiáng)連接牢固性的基礎(chǔ)上，可落實電池包箱體成型目標(biāo)。結(jié)合該車型制造原理分析，通過采用焊接、沖壓相結(jié)合的方式，可順利獲取所需形狀的零件，在分別制造完畢之后，可對其進(jìn)行組裝，使其形成一個完整的電池包箱體，有效減少零部件數(shù)量的同時，提高焊接效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 電池包箱體連接技術(shù)

現(xiàn)階段，主要是以金屬-復(fù)合材料為主要形式，該種復(fù)合結(jié)構(gòu)具有耐腐蝕性、抗疲勞性、輕量化的優(yōu)勢。根據(jù)不同材料特點，相關(guān)人員需應(yīng)用針對性的連接方式，對于連接類型而言，主要包含混合連接、機(jī)械連接、膠接等類型。結(jié)合新能源汽車箱體材料而言，主要是以鋁材、混合材料為主，根據(jù)材料特點分析，相關(guān)人員可采用緊固件連接形式，采用鉚接、搭鐵螺栓配合加強(qiáng)筋等方式，增強(qiáng)箱體與車身連接的穩(wěn)定性[5]。

從電池包箱體自身連接角度來看，通過采用膠接方式，可避免損壞纖維材料，增強(qiáng)箱體各部分連接效果。對于異種材料而言，在連接期間，相關(guān)人員需綜合考量剛強(qiáng)度、連接部分等因素選擇針對性較強(qiáng)的連接方式。同時，應(yīng)用混合連接方式，以碳纖維箱體為例，其主要是以金屬接頭為主，相關(guān)人員可采用機(jī)械固定、膠接相結(jié)合的方式，使其順利提升車身結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，有效增強(qiáng)輕型構(gòu)件強(qiáng)度，使其落實車身箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接輕量化目標(biāo)，增強(qiáng)連接的穩(wěn)定性。其中，機(jī)械固定方式主要是對緊固標(biāo)準(zhǔn)件的運用，通過安裝拉鉚螺母、鋼絲螺套等方式，借助其具體應(yīng)用優(yōu)勢，提高固定效果。拉鉚螺母常用于箱體內(nèi)腔底板位置，通過采用螺紋連接的方式，增強(qiáng)薄板、其他部件之間的緊固性，可解決金屬薄板易焊穿的問題，并降低螺紋易滑牙概率，有效提升底板焊接質(zhì)量。

4 新能源電池包的標(biāo)準(zhǔn)和性能評價方法

結(jié)合新能源電池包性能而言，其實際安全性、穩(wěn)定性逐漸受到人們的重視，在現(xiàn)代社會環(huán)境中，新能源汽車使用環(huán)境具有一定差異性，實際電池包種類同樣具有一定安全性。電池包性能與電池包箱體結(jié)構(gòu)應(yīng)用可靠性具有相輔相成的特點，為保證新能源汽車能夠順利、安全行駛，相關(guān)人員需合理選擇電池包性能評價方法，從機(jī)械安全、環(huán)境安全、電氣安全等方面入手，拓寬測試范圍，確保其覆蓋電池單體、電池包、電池系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，保證電池包的安全性。

第一，鹽霧測試，鹽霧測試主要是對極端環(huán)境進(jìn)行模擬，有效檢測電池包在腐蝕性、潮濕性環(huán)境下的性能，確保電池包的可靠性、安全性。在具體試驗期間，主要是噴灑鹽水霧，以氯化鈉溶液為抓手，充分模擬腐蝕環(huán)境。在這期間，需準(zhǔn)備試驗箱，合理控制鹽水霧的壓力、速度、沉降率，進(jìn)一步觀察電池包的重量損失、外觀變化、電氣性能變化等情況，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，相關(guān)人員需遵循國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范，及時發(fā)現(xiàn)電池包的潛在問題，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制目標(biāo)。

第二，低氣壓測試，電池包作為核心部件，對其進(jìn)行低氣壓測試可精準(zhǔn)評估電池包安全性，根據(jù)高空、低氣壓環(huán)境，深入分析實際性能表現(xiàn)。在實際測試期間，需借助電池高空低氣壓試驗箱，使其模擬低氣壓環(huán)境，根據(jù)試驗需求、標(biāo)準(zhǔn)，輔之溫度控制器、檢測系統(tǒng)，采集溫度、氣壓變化情況。在測試之前，需對電池包進(jìn)行充放電循環(huán)，將溫度控制在20±3℃，充分模擬實際條件。在后續(xù)評估期間，需重點關(guān)注電池包是否存在安全隱患，例如，爆炸、起火等，并判斷電池容量是否下降等情況，確保電池包處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)。

第三，碰撞測試，電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度作為主要參數(shù)，通過對其進(jìn)行碰撞測試，可評估電池包在交通事故等情況下的穩(wěn)定性，確保電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠保持完整性。在具體測試過程中，需模擬側(cè)面、正面、尾部等多種碰撞場景，參考國內(nèi)、國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)置碰撞速度、角度，并采用專業(yè)碰撞測試設(shè)備，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。在碰撞測試之后，需評估結(jié)構(gòu)完整性，例如，內(nèi)部組件是否損壞、電池包殼體是否破裂等，進(jìn)而判斷其在實際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

第四，擠壓測試，在電池包受到外部壓力時，實際結(jié)構(gòu)完整性會受到影響。相關(guān)人員需根據(jù)IEC等測試標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化測試內(nèi)容。在這期間，需明確擠壓力與方向，模擬車輛底部碰撞、側(cè)面擠壓力量，判斷車輛加壓預(yù)定值的合理性。從電池安全角度來看，在擠壓期間，電池包結(jié)構(gòu)需保持完整，內(nèi)部不應(yīng)發(fā)生短路、電解液泄漏等問題。同時，測試環(huán)境溫度需與實際環(huán)境條件相契合，在持續(xù)施加擠壓力的情況下，相關(guān)人員需全程記錄擠壓數(shù)據(jù)，明確擠壓包的變化情況，實現(xiàn)安全性能評估目標(biāo)。

總的來說，在做好電池包性能評價工作的情況下，可促使其與電池箱結(jié)構(gòu)相互支撐，保證電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性，推動新能源汽車行業(yè)得到持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

綜上所述，在新能源汽車運行、推廣期間，電池包作為汽車核心部分，實際壽命、性能對于車輛運行安全性具有一定影響。相關(guān)人員可從新能源電池包下箱體入手，優(yōu)化具體結(jié)構(gòu)與制造技術(shù)，使其可以良好固定、支撐電池模塊，使其發(fā)揮自身性能優(yōu)勢。在這期間，通過分析輕量化制造技術(shù)的應(yīng)用，可提高電池包箱體生產(chǎn)效率，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用針對性標(biāo)準(zhǔn)和性能評價方法，明確抗擠壓、碰撞性能，提升結(jié)構(gòu)集成度，為電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提供牢固保障。

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