电池箱体作为电动汽车动力电池的防护零件，对结构设计、重量等方面要求很高，在电池模块的重量和尺寸确定后，设计电池箱体时考虑的因素也比较多。苏州挪恩复合材料发现将碳纤维复合材料用来制作电动汽车的电池箱体，不仅可减轻电池箱体自身重量，而且还能面对恶劣的工作环境不受腐蚀。

    本篇文章就研究了使用碳纤维复合材料对动力电池箱体进行轻量化设计的方法，并通过有限元仿真分析对设计进行了验证。

    总体结构设计

       根据电池模块的形状和布置方式，结合动力电池在车身上的位置，本着尽量利用空间的原则，此电池箱体的外包络设计为接近方形的箱体结构。主题结构层由碳纤维布铺附而成，并且辅助以树脂，在连接处使用了金属接头，金属接头和主体结构之间用结构胶连接。电池模块组和箱体之间采用金属紧固件进行连接。

       未来增加零件的强度和模态，在一些大面积的结构面上，加强筋的提高结构稳定性的电信形式，而帽形筋条相对来说承载效率高、重量低，该款电池箱采用了帽形筋条凸筋和凹筋对结构进行了加强。鉴于连接碳纤维复合材料的特性，碳纤维加强解耦凸筋和凹筋处做等厚设计。

      铺层设计

       电池箱体的碳纤维编织布采用了T300-3K和T300-12K，两种织布混合的方式，共10层碳纤维平纹织布加树脂的设计。铺层时主要考虑了以下注意事项：铺层角的均衡性、同一铺层方向的数量要求、铺层的对称性、铺层层间角度的偏差、限制最大连续铺层数。电池箱零件采用了10层平纹织布交叉平铺的方式，铺层方式为【0/45/0/45/0/0/45/0/45/0】

       连接设计

       电池模块需要通过电池箱体连接在车体上，电池箱体在连接处采用了金属紧固件进行连接，这些紧固件部分采用埋入方式，通过控制埋入的深度使连接处能承受较高的拉伸强度；部分紧固件和碳纤维本体直接采用结构胶粘接在一起。

       从G-Load、模态分析、振动以及冲击四个方面对电池箱体进行仿真分析，为动力电池系统的耐久性研究和结构优化提供参考。

       G-Load分析

       根据载荷数值分4个工况对动力电池进行加载，主要是考察电池系统在车辆正常行驶过程中，由于刹车、转弯、跳跃等因素，电池系统承受来自不同方向载荷下的结构强度。根据最终的分析数据显示，恶劣工况下的最大应力小于材料的需用应力。

       模态分析

       模态是机械结构的固有振动特性，模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构的固有频率和振型。对于动力电池箱体来说，模态分析主要是考察蓄电池系统结构的前六阶固有频率及振型。由于随机振动标准J2380在Z向振动要求中，35—40Hz以下频率段属于高振动能量区，故要求电池包Z向低阶模态应尽可能高于35—40Hz。

       对模型进行模态分析后，结果显示电池壳体结构的一阶模态为61Hz，符合对低阶模态的要求。

       机械冲击

       采用ISO16750中规定的方法对动力电池箱结构的抗机械冲击能力进行分析。冲击脉冲采用半正弦形脉冲波形，峰值加速度为500m/s2，持续时间为6ms。冲击的加速度在所用6个方向上进行。分析结果显示，电池托盘和壳体的最大应力为76.5MPa，远小于材料的许用应力。

       振动分析

       动力电池箱体的振动分析选用SAE J 2380中的标准。按照SAE J 2380中规定的方法对动力电池箱结构的抗机械振动能力进行分析，分析结果显示电池箱托盘和壳体的最大应力远小于材料的许用应力。

     就最终结果来看，碳纤维复合材料电池箱体的设计重量为12kg，而采用传统金属材料制作的动力电池箱重量为21.4kg，整体减重9.4kg,实现减重目标。

       苏州挪恩复合材料除了发现可将碳纤维复合材料应用在电池箱体中，还积极发展其他相关技术，目前已成功研发一款纳米改性导电碳纤维复合材料，该款材料结构件不影响聚合物的性能，可用于各类导电部件，目前挪恩复材的技术人员已将该纳米改性导电碳纤维复合材料成功应用于氢燃料电池核心部件中，在新能源发展的大背景下，其发展前景巨大。