CN104766934A - 三明治结构的制备方法及采用该结构的轻量化电池箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是应用于电动汽车上的一种轻量化电池箱；包括箱体和用于胶结所述箱体的连接件，所述箱体包括环绕四周的四块侧壁和一块底壁，所述侧壁和所述底壁采用三明治结构，所述三明治结构的上下面板采用CFRP面板，所述三明治结构的夹芯部分采用PMI泡沫方块；由于所述侧壁和所述底壁采用CFRP面板-PMI泡沫夹芯的三明治结构以及连接件采用热压成型的碳纤角，使得该箱体有着重量轻、比强度高、抗冲击性好、吸震绝缘等优点，基于这些优点，本发明可以帮助电动汽车实现轻量化，从而延长电动汽车的续时里程；本发明同时还提供了该三明治结构的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是应用于电动汽车上的一种轻量化电池箱，本发明同时还提供了一种三明治结构的制备方法。
背景技术
受环保和节能的双重压力，电动汽车成为未来最理想、最有希望的绿色交通工具之一。轻量化技术可以在目前动力电池储能密度有限、价格高的现状下，通过减轻自重来提高电动汽车的续时里程，因此，轻量化技术已成为电动汽车产业发展的关键技术之一。
由于电动汽车上的电池数量多，体积大，重量大以及工作环境特殊等特点，需要一种具有良好安全性能的轻量化电池箱来装载动力电池。
鉴于以上两点，有必要提供一种新型轻量化的电池箱来满足电动汽车的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于满足上述需求而设计的轻量化电池箱，该电池箱具备良好的抗冲击性能和减震绝缘性能。
为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种轻量化电池箱，包括箱体和用于胶结所述箱体的连接件，所述箱体包括环绕四周的四块侧壁和一块底壁，所述侧壁和所述底壁采用三明治结构，所述三明治结构的上下面板采用CFRP面板，所述三明治结构的夹芯部分采用PMI泡沫方块。
优选地，所述的连接件由八根碳纤角组成。
优选地，所述的箱体与所述的连接件之间采用环氧树脂胶进行胶接。
优选地，所述的碳纤角采用以下方法制备：
步骤1、根据所述碳纤角的尺寸制备直角金属模；
步骤2、将已裁剪好尺寸的CFRP预浸料在所述金属模外表面逐层进行铺层，直至所需层数；
步骤3、将已铺层好的碳纤角预浸料和金属模用隔离膜包裹起来，然后用透气毡包裹好，之后装入真空袋中，再将其放入热压罐内，然后将真空袋抽真空；
步骤4、加温至140℃～160℃，之后保温60分钟，再降温至65℃～75℃；
步骤5、在步骤4开始的同时，加压至0.5MPa，之后保压50分钟，再降压至0.0MPa，打开热压罐，脱模即得所需碳纤角。
优选地，所述的金属模为铝模或钢模。
优选地，所述步骤2中所需层数n的计算公式为：n＝t/0.2mm，所述的t表示成型厚度，单位为mm。
本发明同时还提供了上述三明治结构的制备方法，
包括以下步骤：
步骤S1、裁剪两份所需尺寸的CFRP预浸料，然后将裁剪完的CFRP预浸料在平整光滑的工作台上铺层平整；
步骤S2、将机械加工或压缩成型至所需尺寸后的PMI泡沫方块进行表面处理，再在PMI泡沫上下表面涂上胶膜，然后将步骤S1中已铺层好的两块CFRP预浸料面板分别贴于PMI泡沫方块的上下表面，最后置于两块相应尺寸的平板模具中间，所述平板模具已先预热至60℃～80℃左右；
步骤S3、将所述平板模具放置于模压机的上下两块压板之间，设置温度和压力参数后进行模压；
步骤S4、模压1.3H～1.5H之后关掉模压机的温度和压力设置，自然降温至70℃左右，然后从模压机中取出，脱模即得所需三明治结构。
优选地，所述平板模具采用耐温玻璃制成。
优选地，步骤S3中，温度为150℃～170℃，压力为0.1MPa～0.2MPa。
上述的CFRP指碳纤维增强复合材料，PMI指聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本发明的有益效果在于：本发明的轻量化电池箱的箱体包括环绕四周的四块侧壁和一块底壁，所述侧壁和所述底壁采用三明治结构，所述三明治结构的上下面板采用CFRP面板，所述三明治结构的夹芯部分采用PMI泡沫方块；由于所述侧壁和所述底壁采用CFRP面板-PMI泡沫夹芯的三明治结构以及连接件采用热压成型的碳纤角，使得该箱体有着重量轻、比强度高、抗冲击性好、吸震绝缘等优点，基于这些特点，本发明可以帮助实现电动汽车的轻量化，从而延长电动汽车的续时里程。
附图说明
图1为电池箱的结构示意图；
图2为电池箱的分解示意图；
图3为三明治结构的结构示意图；
图4为三明治结构的共固模压成型法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图4对本发明作进一步阐述：
如图1和图2所示的一种轻量化电池箱，包括箱体盖3、箱体6和用于胶结所述箱体6的连接件2，箱体6包括环绕四周的四块侧壁和一块下底壁，箱体盖3和箱体6采用三明治结构。在本实施例中，连接件2由八根碳纤角组成，碳纤角的两直角边边长均为45mm，箱体壁外边缘与碳纤角的内表面用环氧树脂胶膜进行胶接，使得一根碳纤角可以将相邻的两块箱体壁胶接起来。电池块4以及电池管理系统5可置于箱体内，箱体盖3下表面有用来与箱体6内侧相契合的碳纤短卡板。
如图3所示，三明治结构的上下面板7采用CFRP面板，三明治结构的夹芯部分9采用PMI泡沫方块，上下面板7和夹芯部分9之间通过环氧树脂胶膜8胶接；CFRP面板的厚度约2mm(由10层编织碳纤布构成)，PMI泡沫夹芯材料9的厚度约4～6mm。
在本实施例中，碳纤角采用以下制备方法进行制备：
步骤1、根据碳纤角的尺寸制备直角金属模，在本实施例中，金属模采用的是铝模，长度根据箱体尺寸而定，直角边边长均为45mm；
步骤2、将已裁剪好尺寸的CFRP预浸料在所述金属模外表面逐层进行铺层，铺层前先将模具预热至70℃左右，直至所需层数，本实施例中，所铺的层数为10层；
步骤3、将已铺层好的碳纤角预浸料和金属模用隔离膜包裹起来，然后用透气毡包裹好，之后装入真空袋中，再将其放入热压罐内，然后将真空袋抽真空；
步骤4、用10分钟加温至150℃，之后保温60分钟，再用10分钟降温至70℃；
步骤5、在步骤4开始的同时，用15分钟加压至0.5MPa，之后保压50分钟，再用15分钟降压至0.0MPa，脱模即得所需碳纤角。
在步骤4和步骤5中，热压灌加温和加压的时间和温度，可以根据实际的生产情况做调整，上述的参数值只是一个较优的方案，根据生产经验，生产时加温至140℃～160℃，之后保温60分钟左右，再降温至65℃～75℃，所生产出来的产品的质量较佳。
在步骤2中所需层数n的计算公式为：n＝t/0.2mm，所述的t表示成型厚度，单位为mm，在本实施例中所生产的碳纤角的成型厚度约为2mm，因此所需的铺层选用10层。
本发明同时还提供了上述三明治结构的两种制备方法。
制备方法一：
本制备方法为共固模压成型法，其工艺流程如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1、备料和铺层，将裁剪两份所需尺寸的CFRP预浸料，然后将裁剪完的CFRP预浸料在平整光滑的工作台上铺层平整；
步骤S2、装模，将机械加工或压缩成型至所需尺寸后的PMI泡沫方块进行表面处理，再在PMI泡沫上下表面涂上胶膜，然后将步骤S1中已铺层好的两块CFRP预浸料面板分别贴于PMI泡沫方块的上下表面，最后置于两块相应尺寸的平板模具中间，平板模具已先预热至60℃～80℃左右；
步骤S3、将平板模具放置于模压机的上下两块压板之间，设置温度为150℃～170℃，压力为0.1MPa～0.2MPa，逐步输入启动命令启动模压机进行模压；
步骤S4、冷却脱模，模压1.3H～1.5H之后关掉模压机的温度和压力设置，自然降温至70℃左右，然后从模压机中取出，脱模即得所需三明治结构。
制备方法二：
本制备方法为热压成型法，依据车载电池箱的轻量化需求，本实施例采用的PMI泡沫的密度约为0.06g/cm3左右，由于PMI泡沫有良好的机械加工性能，主要通过机械加工切削的方法得到所需尺寸的PMI泡沫方块，亦可以通过高温压缩成型的方法，包括以下步骤：
步骤S1、裁剪两份编织碳纤维预浸料至所需尺寸和层数，所需尺寸与对应箱体盖或箱体壁的尺寸相一致，层数每份均为10层，然后用铺层的方式，将每份的10层碳纤预浸料铺层平整，得到两个碳纤面板；
步骤S2、将机械加工或压缩成型至所需尺寸后的PMI泡沫方块进行表面处理，再在PMI泡沫上下表面均匀涂上胶膜，然后将得到的两个碳纤面板分别贴于PMI泡沫方块的上下两个表面，再将其置于上下两个平板铝模之间；
步骤S3、将步骤S2得到的结构用隔离膜包裹起来，然后用透气毡包裹，再放入真空袋中，放置于热压罐内，抽掉真空袋内的空气；
步骤S4、用10分钟加热至150～170℃，之后保温60分钟，再用10分钟降温至70℃，完成共固化的三明治结构；
步骤S5、脱模，处理掉三明治结构侧面溢出的树脂，即得所需三明治结构。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种轻量化电池箱，其特征在于：包括箱体和用于胶结所述箱体的连接件，所述箱体包括环绕四周的四块侧壁和一块底壁，所述侧壁和所述底壁采用三明治结构，所述三明治结构的上下面板采用CFRP面板，所述三明治结构的夹芯部分采用PMI泡沫方块。
2.如权利要求1所述的一种轻量化电池箱，其特征在于：所述的连接件由八根碳纤角组成。
3.如权利要求1所述的一种轻量化电池箱，其特征在于：所述的箱体与所述的连接件之间采用环氧树脂胶进行胶接。
4.如权利要求1所述的三明治结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、裁剪两份所需尺寸的CFRP预浸料，然后将裁剪完的CFRP预浸料在平整光滑的工作台上铺层平整；
步骤S2、将机械加工或压缩成型至所需尺寸后的PMI泡沫方块进行表面处理，再在PMI泡沫上下表面涂上胶膜，然后将步骤S1中已铺层好的两块CFRP预浸料面板分别贴于PMI泡沫方块的上下表面，最后置于两块相应尺寸的平板模具中间，所述平板模具已先预热至60℃～80℃左右；
步骤S3、将所述平板模具放置于模压机的上下两块压板之间，设置温度和压力参数后进行模压；
步骤S4、模压1.3H～1.5H之后关掉模压机的温度和压力设置，自然降温至70℃左右，然后从模压机中取出，脱模即得所需三明治结构。
5.如权利要求2所述的一种轻量化电池箱，其特征在于：所述的碳纤角采用以下制备方法进行制备：
步骤1、根据八根所述碳纤角的尺寸制备直角金属模；
步骤2、将已裁剪好尺寸的CFRP预浸料在所述金属模外表面逐层进行铺层，直至所需层数；
步骤3、将已铺层好的碳纤角预浸料和金属模用隔离膜包裹起来，然后用透气毡包裹好，之后装入真空袋中，再将其放入热压罐内，然后将真空袋抽真空；
步骤4、加温至140℃～160℃，之后保温60分钟，再降温至65℃～75℃；
步骤5、在步骤4开始的同时，加压至0.5MPa，之后保压50分钟，再降压至0.0MPa，打开热压罐，脱模即得所需碳纤角。
6.如权利要求4所述的三明治结构的制备方法，其特征在于：所述平板模具采用耐温玻璃或金属制成。
7.如权利要求4所述的三明治结构的制备方法，其特征在于：步骤S3中，温度为150℃～170℃，压力为0.1MPa～0.2MPa。
8.如权利要求5所述的一种轻量化电池箱，其特征在于：所述的金属模为铝模或钢模。
9.如权利要求5所述的一种轻量化电池箱，其特征在于：所述步骤2中所需层数n的计算公式为：
n＝t/0.2mm，所述的t表示成型厚度，单位为mm。
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