浅谈大型电池机箱机构设计考量

浅谈大型电池机箱机构设计考量新能源汽车电池的外壳至今为止尚未有一个比较完整的定义，根据目前经验一般都是钣金加工，也有部分是塑胶。钣金机箱因其结构强度大，费用低，加工工艺成熟等优势而成为大型电池外壳的首选。本公司的电池机箱一般是钣金制作。钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。钣金工厂一般来说基本设备包括剪板机（ShearMachine）、数控冲床（CNCPunchingMachine）/激光、等离子、水射流切割机(Laser,Plasma,WaterjetCuttingMachine)/复合机（CombinationMachine）、折弯机（BendingMachine）以及各种辅助设备如：开卷机、校平机、去毛刺机、点焊机等。通常，钣金工厂最重要的四个步骤是剪、冲、切、折。一、机箱设计要求：钣金件的设计除了要考虑功能要求外，还得考虑工艺要求、装配要求、成本要求。（1）结构要求：电池系统的结构是由硬件、BMS及LECU板、线材、电芯、连接器、螺丝、串接铜片等装配起来的组合体。钣金件由于其良好的强度、钢度、加工性，通常是用来负责支承起系统中大部分的硬件、BMS及LECU板、电芯等。（2）强度要求：机械强度是钣金件设计中最重要的一环。因为系统中大部分的重量靠钣金件来支承，钣金件的机械强度出现问题，系统中整个强度就会出问题。电池机箱一般需要做震动测试，跌落实验，碰撞实验，冲击实验等，这就需要足够的机械强度和钢度。我们在设计电池机箱结构前，都会做应力分析，依据模拟的结果来优化设计，尤其是那些需要支承电芯的钣金件，和起主要支承作用的支架等，更必须有较好的强度。二、钣金间的连接方式：铆合：一般需要专门的铆合模具，在同一面上一次可铆多孔，由冲床完成，也可以用简单的手工方式进行铆合，但仅限于对铆合后扭力要求不高、径向受力不大及垂直度要求不高的情况下使用。焊接：对扭力、推力要求高的产品，可以采用焊接的方式，但因焊接受热，产品容易变形、涨大，一般都是点焊为主，满焊为辅。拉钉：拉钉受空间的限制比铆合和点焊都要小的多，不过将多出一项拉钉的费用，靠拉钉枪打拉钉效率也是非常低。不过拉钉受空间限制小，可重工，在钣金连接中经常用到。螺丝：螺丝连接也是常见的连接方式。用螺丝连接的好处在于他的可以拆卸性，对于经常拆装的部件螺丝连接是一种很好的选择。不过正是由于他的可拆卸，松脱是他的一大缺点，所以在对防震要求较高的机箱，螺丝一般都需要耐落再加弹簧及垫片，以保证其锁付强度。我们一般会根据钣金厂的设备来设计符合的制程工艺，一般以铆合，焊接为主，经过CAE模拟，需要满焊的地方，我们会特别标示出来，以便达到最佳的强度需求。三、机箱外观要求：电池机箱的外观设计一般是简约时尚，色彩多样化且有活力感，能体现绿色环保及产品的小型化，并且是依据客户的需求，使用环境以及功能需求而定的。（1）客户需求：外观造型的第一需求是客人的满意，基本功能，印刷字体，喷漆颜色等是产品造型设计的主要目的，是产品最基本的使用要求。（2）使用环境：车子的使用是在任何自然环境下进行的，电池作为车体的一部分，同样承受着环境的考验，比如雨天过后，机箱会不会生锈，遇到酸碱盐会不会腐蚀，正因为有这些考虑，我们需要做机箱的盐雾实验，来确保我们所选的板材和油漆是符合设计需求的。我们在设计电池机箱时，会依据现有设备及可行性，优先考虑以下实验(实列)1.装载荷重测试测试方式:以实车固定点作成治具并以相同锁付规格固定机箱以载重需求平均置于箱内(规格570Kg)，实测时载重670Kg要求所有焊点不可有破坏现象.依应力分析结果,选择应力较大的位置抽检至少20点焊点,检查其有否龟裂或破坏现象.2.吊挂荷重测试测试方式：以载重需求重物平均置于箱内，以垂直吊索吊挂箱体.要求：量测箱体底面变形度:小于20mm所有焊点不可有破坏现象;得抽检主要焊点是否破坏,强度是否足够支撑电池的重量.3.环境测试：耐盐雾测试、耐酸性测试、耐碱性测试测试方式：以同箱体材质的测试片,分别呈垂直,重迭焊接成型,并依箱体相同工法的焊接方式分别施作在测试片上.试片参考尺寸为120x80xtmm.将测试片与箱体一起烤漆.将测试片以5%的NaCl，5%的H2SO4，5%的NaOH作盐雾测试200小时.要求：测试片表面,含所有焊点不得有锈蚀现象.4.震动测试测试方式:振动方向：上下单振动；振动频率：10Hz～55Hz；线性扫频最大加速度：30m/s2；扫频循环10次，振动时间：2h要求机箱保持连结可靠,结构完好,不允许钣金焊接处破例，螺丝松动总结，新能源汽车电池的机箱不同于普通的电脑及机柜外壳，一旦出现任何问题，都会带来不可预料的后果，所以，我们在设计电池机箱时，必须提前验证机箱的强度，把问题都卡在前端，这样才能保证电池成组的可靠性及安全性。