一款铝合金液冷电池托盘产品的开发与设计

2022-11-06 09:48:02来源：电动学堂

电池包作为新能源汽车的主要储能元件，直接影响电动汽车的性能。电池包在使用过程中会产生一定热量，使内部温度升高。若热量来不及散出可能会出现漏液、放气、冒烟等现象，严重时电池发生剧烈燃烧甚至爆炸。因此电池包的冷却系统至关重要，本文以电池托盘为研究对象，底板集成循环液冷系统，可以简单、高效的解决电池包散热问题。

设计参数确定

(资料图片)

原始设计参数

此次设计以减重效果好、散热效率高、连接密封性等多方面为出发点，从性能、工艺、成本、轻量化、热交换、连接方式等多方面加以权衡，设计出一种新型产品结构设计方案。此次设计的铝合金电池托盘，材料为6063－T6、6005A－T6、6061－T6(表1)，主要连接方式为焊接，整体尺寸为12032．4mm×1533mm×140.5mm，整体重量为100kg。

结构设计

1、型材断面设计

本文设计的铝合金电池托盘采用液冷方式进行冷却，底板设计时采用多腔型材，内部腔体作为液流通道，为了增大液冷剂与电池托盘底板的接触面积，在设计时，采用波浪形内腔，型材断面图如图1(a)所示。边框型材在保证强度满足使用要求的前提下，采用多腔结构型材进行整体减重，其断面如图1(b)(c)所示。中间横梁仅作为型材内部分隔模组的作用，该结构采用多腔开口型材，其断面如图1(d)所示。

2、整体结构设计

铝合金液冷电池托盘前后边框、左右边框分别采用同一断面，有效节省型材模具开发费用。底板采用多腔波浪形型材，除减轻电池托盘整体重量外、还可提高液冷剂与底板的接触面积，提升液冷效果。间横梁采用空腔型材，同时与套筒配合，一方面分隔模组，另一方面用于电池托盘盖板安装使用。进出水口与套筒均由为铝块机加而成。

边框与底板焊接，间横梁与底板、底板端部与密封板、底板与进出水口、进出水口与左右边框均采用激光焊焊接工艺，热变形小，焊接质量好，有效降低液冷剂泄露风险。铝合金液冷电池托盘三维数模如图2所示。

仿真模拟分析

电池包的机械安全性能主要包括承载性能、底部球击、跌落、机械冲击性能等。本文以GB/T31467.3－2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法》为依据，以液冷铝合金电池托盘为研究对象，进行了承载能力、落、挤压和底部球击分析。

1、工况介绍

(1)承载工况。

在动力电池中，电池托盘占去了电池系统重量的20%～30%，实为主要结构件。

据此本文对电池托盘在360kg重量下沿重力向施加3G加速度施加冲击载荷。

已验证产品的承载性能。

(2)跌落工况。

电池托盘从1m的高度处自由落体掉落到地面上。