CN105895837A

CN105895837A - 碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用

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Publication number: CN105895837A
Application number: CN201410822610.XA
Authority: CN
Inventors: 查志浩; 王春连
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明是一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，包括：底部箱体，被配置成容纳电池；电池固定架，被配置成将所述电池固定于所述底部箱体的顶面；和从所述底部箱体的侧壁的上端边缘延伸的多个凸缘，每个凸缘具有用于将所述凸缘连接到底盘侧部件上的连接孔，其中在所述底部箱体的底面上在所述底部箱体的相反两侧之间横向地延伸有突出的加强部。用碳纤维制造的电池箱体具有高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数、热容量小、比重小、优秀的抗腐蚀性、防水性能好、优秀的抗辐射性等特点。

Description

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用

技术领域

本发明涉及一种电池箱体方面的应用，更具体地来说，特别涉及一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)是以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体，以碳为基体的复合材料的总称。碳纤维是由有机纤维如粘胶纤维、聚丙烯晴纤维或沥青基纤维在保护气氛下热处理碳化成为含碳量90％～100％的纤维。

碳纤维复合材料主要包括以下几类：碳纤维增强树脂基复合材料、C/C复合材料、碳纤维增强金属基复合材料(CFRM)、碳纤维增强陶瓷复合材料、碳纤维增强橡胶复合材料等。碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料，具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、防水性能好、吸振性好等一系列优点，在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。

碳纤维复合材料拉伸强度高，模量大，密度小，具有较高的比强度和很高的比模量。与传统金属材料相比，碳纤维复合材料质量轻，强度高，韧度高，具有明显的优势。与同为新型材料的硅基纤维复合材料相比，碳基纤维的拉伸强度约为其3-7倍。碳基纤维的弹性模量高于硅基纤维，所以碳纤维复合材料在相同外载荷下，应变较小，其制件的刚度比硅基纤维复合材料制件高。高模量碳纤维的断裂伸长率约为0.5％，高强度碳纤维的约为1％，硅基纤维约为2.6％，而环氧树脂的约为1.7％，所以碳纤维复合材料中纤维的强度能得到充分的发挥。

碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称碳纤维复合材料。

在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

现在的F1(世界一级方程锦标赛)赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度。

碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

碳纤维复合材料的耐高低温性能好。在隔绝空气(惰性气体保护下)，2000℃仍有强度，液氮下也不脆断。

碳纤维复合材料的导热性能好。导热系数较高，但随温度升高有减小的趋势。碳纤维复合材料沿纤维轴向的导热系数为0.04cal/(s*cm*℃)；垂直纤维方向的导热系数为0.002cal/(s*cm*℃)。

碳纤维复合材料的线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即随温度的升高，碳纤维复合材料有收缩的趋势，尺寸稳定好，耐疲劳性好。

碳纤维复合材料除了能被强氧化剂如浓硝酸、次氯酸及重铬酸盐氧化外，一般的酸碱对它的作用很小，比硅基纤维复合材料具有更好的耐腐蚀性。

碳纤维复合材料不像硅基纤维复合材料那样在湿空气中会发生水解反应，具有好的耐水性及耐湿热老化特性。此外还具有耐油、抗辐射以及减速中字运动等特性。

综上所述，碳纤维复合材料具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好、防水性能好等一系列优点，这些性能都是传统金属材料所不具备的特征，相比于其他类型的新型复合材料也具有较强的性能。这使得碳纤维复合材料可以在很多领域获得广泛的应用，同时促进碳纤维复合材料的进一步研究，以继续提高其使用性能。

碳纤维复合材料凭借其优良的性能，已经在各个领域得到广泛的应用，主要有航空航天、汽车、结构加固工程、新能源开发、休闲用品等。

目前，世界每年生产乘用车5千万辆，若包括卡车和公共汽车为7千万辆，随着中、印等国汽车工业的快速发展，不久世界汽车的年产量确可能超过1亿辆。另外，目前世界PAN-CF的年产量只有数万吨，由于CFRP成本高、难加工、成型速度慢及还受再生问题的限制，只能用于航空航天、体育用品和工业产业领域，要想用于汽车上，最重要的是尽快开发适用于热塑性树脂(如聚丙烯等)的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技术和二次加工技术，其次当CF需求量超过百万吨时，就要求开发以生物质为原料的CF，尽管目前还有一定难度。再次，当达到这么大规模时，需要开发CFRP的再生和CF高度再利用技术，还要解决这些材料和有关成型加工的评价和标准化问题。

目前德国宝马公司率先在开发和试验高强度轻量化的CFRP车体板和其它部件，所用CF与Zoltek公司生产的大丝束产品。美国自90年代后期因对环保问题越来越重视CF在未来车辆中的应用。1994年美国政府和工业部门开始出台联合开发先进车辆技术的计划(PNGV)。目标是改进车辆的效能，降低污染物的排放并满足用户的各种需求。专家预测，未来环保型汽车每年所消耗的CF量将以万吨计。2010年中国汽车产量将突破年产1千万辆大关。新型节能型环保型汽车是未来汽车发展方向。为了和国际接轨，中国将来也必定要大量制造这类汽车，届时汽车工业将成为中国CFRP的巨大市场。

由于碳纤维复合材料的超轻质量和超高强度，其在休闲用品领域也有广泛应用，比如体育运动器材钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、自行车等；电子消费产品笔记本外壳、手机外壳、音箱等。当然，随着碳纤维复合材料的进一步发展，必然会有更多的产品采用性能优良的碳纤维复合材料，给人们的生活带来更多的便利。

根据JEC“复合材料工业的结构与动态”一文的预测，2005年全球复合材料的市场为530亿欧元，到2015年预期将增长至880亿欧元，而不同国家和地区的市场情况有所不同其中中国的市场增长最快，其次是亚太地区，欧美的增长点主要在航空、风能、船艇及建筑业方面，目前越来越多的国外复合材料厂家登陆我国，一批国外汽车厂商在中国设立了研发中心，以达到本土化、降低生产成本和占领一席市场的目的。另据CFRP知名专家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球战略市场评估”中预测，全球CFRP的产值将从2006年的99亿美元增至2010年的136亿美元，到2025年可望超过250亿美元，其中波音和空客到2010年的小丝束PAN-CF的用量，将占全球的15％～20％，其次的大型用户是风能叶片，因此这两大应用领域仍是未来CF的主导市场。表1示出全球2007～2012年一般工业领域对CF的需求情况。我国目前正大规模发展风能，但迄今为止仍采用玻璃纤维复合材料(GFRP)，今后随着叶片的大型化，势必要发展混杂的复合材料制品，即叶片的加强筋及其圆柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型叶片会考虑采用全CFRP。此外，我国现正研制大型飞机，这对国内CF市场将是巨大的推动力。另外，电缆的CFRP加强芯材也将是我国的大市场，因为高压输电电缆将不断延伸至边远地区。总之，到2020年我国势必将成为CF及其CFRP制品的生产大国。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，通过用碳纤维复合材料制成的电池箱体，可以达到高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数、热容量小、防水性能好、比重小、优秀的抗腐蚀性、优秀的抗辐射性，达到改进传统电池箱体的目的。

一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，包括：底部箱体，被配置成容纳电池；

电池固定架，被配置成将所述电池固定于所述底部箱体的顶面；和从所述底部箱体的侧壁的上端边缘延伸的多个凸缘，每个凸缘具有用于将所述凸缘连接到底盘侧部件上的连接孔，其中在所述底部箱体的底面上在所述底部箱体的相反两侧之间横向地延伸有突出的加强部。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部横向地形成在所述凸缘之间，所述凸缘形成在所述底部箱体的相反两侧上以彼此面对。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述电池固定架具有杆状形状，延伸于所述底部箱体的相反两侧并具有向上突出的突起。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述电池固定架的突起面向所述加强部的突起。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，还包括支撑架，所述支撑架的相反两端被连接到所述底部箱体的底面的侧部和凸缘使得所述支撑架弯曲。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，还包括布置在形成所述凸缘的所述连接孔的位置中的支撑板。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，包括：箱体，被配置成容纳电池；支架，被配置成将所述电池固定于所述箱体的顶面；和从所述箱体的侧壁的上端边缘延伸的多个凸缘，每个凸缘具有用于将所述凸缘连接到底，盘上的孔，其中在所述箱体的底面上在所述箱体的相反两侧之间横向地延伸有加强部。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部横向地形成在所述凸缘之间，所述凸缘形成在所述箱体的相反两侧上以彼此面对。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述支架具有延伸于所述箱体的相反两侧的杆状形状，并且所述支架具有向上突出的突起。

碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部具有突起，并且所述支架的所述突起面向所述加强部的突起。

本发明的有益效果是，用碳纤维制造的电池箱体具有高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数、热容量小、比重小、优秀的抗腐蚀性、优秀的抗辐射性、防水性能好、寿命50年等特点。

具体实施方式

本发明涉及一种一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用。采用碳纤维和树脂的混合物作为原料，通过模具挤压成型电池箱体；由于采用精密模具挤压，大幅度减少机械加工工序。

Claims

1.一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，包括：

底部箱体，被配置成容纳电池；

2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部横向地形成在所述凸缘之间，所述凸缘形成在所述底部箱体的相反两侧上以彼此面对。

3.如权利要求1所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述电池固定架具有杆状形状，延伸于所述底部箱体的相反两侧并具有向上突出的突起。

4.如权利要求3所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述电池固定架的突起面向所述加强部的突起。

5.如权利要求1所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，还包括支撑架，所述支撑架的相反两端被连接到所述底部箱体的底面的侧部和凸缘使得所述支撑架弯曲。

6.如权利要求1所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，还包括布置在形成所述凸缘的所述连接孔的位置中的支撑板。

7.一种碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，包括：箱体，被配置成容纳电池；支架，被配置成将所述电池固定于所述箱体的顶面；和从所述箱体的侧壁的上端边缘延伸的多个凸缘，每个凸缘具有用于将所述凸缘连接到底盘上的孔，其中在所述箱体的底面上在所述箱体的相反两侧之间横向地延伸有加强部。

8.如权利要求7所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部横向地形成在所述凸缘之间，所述凸缘形成在所述箱体的相反两侧上以彼此面对。

9.如权利要求7所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述支架具有延伸于所述箱体的相反两侧的杆状形状，并且所述支架具有向上突出的突起。

10.如权利要求9所述的碳纤维复合材料在电动汽车电池箱体方面的应用，其中所述加强部具有突起，并且所述支架的所述突起面向所述加强部的突起。