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电池箱体设计:钢制与碳纤维材料的比较与选择

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:钢制电池箱体强度高,材料成本和加工成本均较低,但存在的问题是钢材密度大,会导致电池箱重量增加。图9-26TUM碳纤维电池箱规则中要求电池箱体及内部隔板须使用电绝缘且防火等级符合或等价于UL94-V0、FAR25的隔离材料进行隔离。使用金属材料加工电池箱的车队一般选用Nomex材料粘贴至电池箱壁及隔板上以实现阻燃绝缘要求。图9-27Nomex防火材料常见的电池箱的安装方式有从驾驶舱座椅处装入、从车尾部推入、从车底升举安装等。

电池箱体设计:钢制与碳纤维材料的比较与选择

电池箱起到了将动力电池赛车其他部位隔离的作用,是动力电池的保护载体,在保护动力电池工作和防护方面起着关键作用。近年来,车队使用的电池箱体材料越来越多,其中以钢材、铝合金材料、碳纤维复合材料最为常见。

钢制电池箱体强度高,材料成本和加工成本均较低,但存在的问题是钢材密度大,会导致电池箱重量增加。铝合金材料在密度上较钢材有更大的优势,且强度接近甚至能超过优质钢,成为许多车队对钢制电池箱的替代方案,但在成本上比较高。

随着技术的成熟和成本的降低,碳纤维复合材料进一步走入FSEC的赛场,同济大学北京航空航天大学哈尔滨工业大学等越来越多的车队选择使用碳纤维复合材料制作电池箱(图9-26)。碳纤维是一种含碳量90%以上的新型复合材料,具有高强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀以及良好的阻尼减震等优良性能,使用碳纤维复合材料制作电池箱意味着成倍质量的减轻。尽管具备出色的性能,碳纤维却没有被车队广泛使用,主要原因是其生产成本过高,通过企业代工制作FSEC碳纤维复合材料电池箱体的价格在几千至数万元不等,这对于所有车队都是一笔不小的开销。另外,碳纤维还有高电导率的特点,在使用中可能存在一定风险,需要进行相应绝缘处理。

图9-26 TUM碳纤维电池箱

规则中要求电池箱体及内部隔板须使用电绝缘且防火等级符合或等价于UL94-V0、FAR25的隔离材料进行隔离。使用金属材料加工电池箱的车队一般选用Nomex材料(图9-27)粘贴至电池箱壁及隔板上以实现阻燃绝缘要求。使用复合材料的车队则一般在箱体铺层上进行设计,在最外层布置满足相应等级的材料实现阻燃绝缘的效果。同济大学选用了凯夫拉实现耐热阻燃、绝缘和抗穿刺,北京航空航天大学等则使用了玻璃纤维来实现阻燃绝缘的作用。复合材料在芯材上有铝蜂窝、Nomex蜂窝和PMI泡沫等选择。Nomex材料防火性、绝缘性较好,但平面剪切性能差,胶接件重量难以控制,做开孔结构易囤积水。PMI泡沫具有轻质、高强度、耐高温低温和黏结性好的优点,得到了更多的使用。(www.xing528.com)

图9-27 Nomex防火材料

常见的电池箱的安装方式有从驾驶舱座椅处装入、从车尾部推入、从车底升举安装等。电池箱的固定有吊耳、设计安装底板等形式。图9-28所示为AMZ电池箱安装方式。

图9-28 AMZ电池箱安装方式

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