CN107331802B

CN107331802B - 电池箱体及其制造方法

Info

Publication number: CN107331802B
Application number: CN201710466096.4A
Authority: CN
Inventors: 赵金华; 颜美聪; 颜志向
Original assignee: HUIZHOU HILONG MOULD AND PLASTIC PRODUCE CO Ltd
Current assignee: Huizhou Hailong New Material Technology Co ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: CN107331802A

Abstract

一种电池箱体及其制造方法，电池箱体包括上盖和下箱体，上盖设于下箱体上；上盖的主体结构为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，上盖的边缘拼接结构为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内模内连续注塑成型得到；下箱体的主体结构为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压制造得到，下箱体的加强筋结构和边缘拼接结构为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑成型得到。上述电池箱体重量较轻、强度和刚度较高、抗冲击性能较优异、成型制造效率高以及材料可循环回收利用。

Description

电池箱体及其制造方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种电池箱体及其制造方法。

背景技术

新能源汽车是有效缓解我国能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的重要途径。动力电池是新能源汽车的核心零部件，其性能直接影响了新能源汽车的行驶里程和性能。电池箱体作为动力电池的载体，对动力电池的安全和防护起关键作用。

电池箱体在结构设计时，需要考虑诸多因素如：耐振动强度、耐冲击性能、碰撞安全性能、密封性能、防腐性能、抗石击性能、轻量化和低成本等。传统电动汽车的动力电池箱体大多采用金属材料制造，金属材料如钢和铝合金等具有较高的强度和模量，可满足电池箱体设计的力学性能要求，且成本较低。但金属材料密度大，设计的电池箱体动辄几十公斤，难以满足轻量化要求。为了减轻电池箱体重量，复合材料电池箱体越来越受到市场的青睐，如片状模塑料(SMC)电池箱体已在我国部分电动汽车使用。

其中，SMC材料成本较低，成型效率较高，可较好地控制电池箱体成本，但SMC中的增强材料为非连续纤维，存在力学性能相对较低等问题，存在一定的安全隐患，同时，SMC中采用的不饱和树脂或环氧树脂为热固性树脂，难以循环回收利用，随着电池箱体的大量应用今后必将造成严重的环境压力。

发明内容

基于此，有必要提供一种重量较轻、强度和刚度较高、抗冲击性能较优异、成型制造效率较高以及材料可循环回收利用的电池箱体及其制造方法。

一种电池箱体，包括：上盖和下箱体，所述上盖设于所述下箱体上；

所述上盖的主体结构为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，所述上盖的边缘拼接结构为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑成型得到；

所述下箱体的主体结构为所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，所述下箱体的加强筋结构和边缘拼接结构为所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑成型得到。

在其中一个实施例中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种。

其中一个实施例中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的编织形式为单向、平纹和斜纹织物中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮。

在其中一个实施例中，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮。

在其中一个实施例中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的体积含量为40％～60％；所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维的重量含量为20％～50％。

一种电池箱体的制造方法，包括以下步骤：

按照预设要求对连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行切割操作和铺贴操作；

按照预设温度对所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行预热软化操作；

将所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材趁热转移至第一模具内，采用热压操作得到上盖的主体结构；将非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑工艺于所述第一模具内并在上盖的主体结构上得到上盖的边缘拼接结构；

将所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材趁热转移至第二模具内，采用热压操作得到下箱体的主体结构；将所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑工艺于所述第二模具内并在下箱体的主体结构上得到下箱体的加强筋结构和边缘拼接结构；

采用保压冷却操作后，得到电池箱体。

在其中一个实施例中，所述切割操作采用激光切割设备进行或机器人切割设备进行。

在其中一个实施例中，所述预热软化操作为热传导加热、红外加热、激光或电磁感应加热。

相对于现有的电池箱体，本发明的有益效果为：

1、采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料成型电池箱体主体结构，可以充分发挥连续纤维复合材料强度和模量高的优点，提高电池箱体的强度和刚度等力学性能。

2、采用非连续纤维增强热塑性树脂注塑成型拼接结构和加强筋结构，可以充分发挥注塑成型工艺灵活性好等优点，提高电池箱体的设计自由度。且模内连续注塑结构与主体结构粘接强度高，制造效率高，产品为净尺寸，无须后续加工。

3、电池箱体的整体结构均采用热塑性树脂基体，具有抗冲击性能好，成型效率高和重量轻等优点，同时电池箱体达到使用寿命后材料可回收循环利用，可有效地减轻环境压力，广泛应用于新能源汽车等领域。

附图说明

图1为一实施方式的电池箱体的结构示意图；

图2为一实施方式的电池箱体的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，电池箱体10包括上盖100和下箱体200，上盖100设于下箱体200上，具体地，上盖100设于下箱体200的开口上，用于封闭下箱体200，以在电池箱体10内形成封闭空间。

上盖100的主体结构110为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，可以理解，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料为热塑性树脂经熔融或溶解后，再浸润连续纤维或织物复合形成的片材，由于所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有片状的结构，类似于长条丝状的各连续纤维通过热塑性树脂作为基体经复合形成的片材结构，由于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材具有重量较轻、强度和刚度较高和抗冲击性能较优异等优秀的力学性能，但是，由于其刚度和纤维脆性较大等原因，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材不易在较短的长度范围内进行连续弯折操作，并且也容易折断片材，进一步地，上盖100的主体结构110较为规整，近似于具有“T”字形的凹形结构，只要在整张片材上预先裁切好形状后，再热压弯折即可成型，能够采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行热压操作后得到，可以充分发挥连续纤维复合材料强度和模量高的优点，提高电池箱体的强度和刚度等力学性能，例如，采用模具进行热压操作。

所述上盖100的边缘拼接结构120为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑制造得到，可以理解，上盖100的边缘拼接结构120包括装配结构等功能性部件，其较为复杂，具有较多的不规则平面和/或曲面，例如，上盖100上用于插入电极的插接部121，其上开设有开孔121a，较难采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材直接热压得到，此时，由于所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料为非连续纤维经热塑性树脂浸润后切成需要的长度形成的粒料，需要非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用注塑成型工艺制造得到，此注塑结构与主体的热压结构采用拼接的方式连接，因此，可以充分发挥其注塑成型工艺灵活性好等优点。例如，所述边缘拼接结构120为插接部121，当然，根据实际情况，需要增加一些其他复杂的功能结构时，也为边缘拼接结构120的一部分。

所述下箱体200的主体结构210为所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压制造得到，可以理解，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料为热塑性树脂经熔融或溶解后，再浸润连续纤维或织物复合形成的片材，由于所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有片状的结构，类似于长条丝状的各连续纤维通过热塑性树脂作为基体而复合形成的片材结构，由于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材具有重量较轻、强度和刚度较高和抗冲击性能较优异等优秀的力学性能，但是，由于其刚度和纤维脆性较大等原因，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材不易在较短的长度范围内进行连续弯折操作，并且也容易折断片材，进一步地，下箱体200的主体结构210较为规整，近似于具有中空矩形体结构，只要在整张片材上预先裁切好形状后，再热压弯折即可成型，能够采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行热压操作后得到，可以充分发挥连续纤维复合材料强度和模量高的优点，提高电池箱体的强度和刚度等力学性能，例如，采用模具进行热压操作。

所述下箱体200的加强筋结构220和边缘拼接结构230为所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑制造得到。其中，在边缘拼接结构230中，由于下箱体200的主体结构210具有中空矩形体结构，并且是在整张片材上预先裁切好形状后再热压弯折，之后进行拼接的，这样，相邻的两个侧面的拼接位置处就会留下间隙，而该间隙的空间较为狭窄，需要采用所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料进行注塑得到，此外，下箱体200的开口边缘位置处，具有装配圈232，用于更牢靠地安装在车舱内，所述装配圈232的结构的较为复杂，也需要采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料进行注塑操作得到，例如，所述边缘拼接结构包括所述粘接缝补部231和装配圈232，当然，根据实际情况，需要增加一些其他复杂的功能结构时，也为边缘拼接结构220的一部分。其中，在加强筋结构220中，由于下箱体200作为主要的受力支撑结构，需要在主体结构的表面设置加强筋结构220，又由于加强筋结构220的结构的较为复杂，也需要采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料进行注塑操作得到。

需要特别指出的是，所述模内连续注塑是指在同一个模具内进行热压成型操作并得到主体结构后，迅速并连续地进行注塑工艺，用于得到其余结构，例如，所述模内连续注塑为在热压成型操作后的30秒～120秒内进行注塑工艺。这样，热压成型工艺个连续注塑工艺既能确保制造得到的结构更加稳定，且还能使得制造周期更短，效率更高。

相对于现有的电池箱体，本发明的有益效果为：

在本实施方式中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种，这样，能够进一步提高电池箱体的整体品质。

在本实施方式中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的分布形式为单向、平纹和斜纹织物中的至少一种，这样，能够进一步提高电池箱体的整体品质。

在本实施方式中，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种，这样，能够进一步提高力学性能。

在本实施方式中，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK)，这样，能够进一步提高电池箱体的整体品质。

在本实施方式中，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK)这样，能够进一步提高电池箱体的整体品质。

优选地，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的体积含量为40％～60％。所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维的重量含量为20％～50％，由于所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料作为电池箱体的主体结构所使用的材质，且由于主体结构用于承担主要的受力负荷，并且主体结构相对于来说较为平直规整，只需简单弯折即可成型，通过所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的体积含量为40％～60％既能够具有较好的力学性能，同时也不会影响其正常的成型操作；进一步地，由于所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料主要作为加强筋结构和边缘拼接结构，而这些结构往往较为复杂，并且这些结构所需要的承担的力学负荷较轻，只需起到辅助支撑、装配和粘接封装的作用，通过所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维的重量含量为20％～50％，既能够满足其正常的力学性能要求，同时，也充分了考虑了其成型难度问题。

如图2所示，一实施方式的上述电池箱体的制造方法包括如下步骤：

S110：按照预设要求对连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行切割操作和铺贴操作。

其中，上盖和下箱体的片材预处理分别进行，片材为一整张平整的片材，进行切割除去多余的边角，便于后续弯折成型，类似于进行避位处理。

S120：按照预设温度对所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材进行预热软化操作。

通过进行预热软化操作，只要是对所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材中的热塑性树脂基体进行软化。

S130：将所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材趁热转移至第一模具内，采用热压操作得到上盖的主体结构；将非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑工艺于所述第一模具内并在上盖的主体结构上得到上盖的加强筋结构和边缘拼接结构；

将所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材趁热转移至第二模具内，采用热压操作得到下箱体的主体结构。将所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑工艺于所述第二模具内并在下箱体的主体结构上得到下箱体的加强筋结构和边缘拼接结构。

在所述第一模具和所述第二模具内进行注塑工艺，能够直接在主体结构上得到所需要的注塑结构，两者的结合更加牢靠。

S140：采用保压冷却操作后，得到电池箱体。

在本实施方式中，所述切割操作采用激光切割设备进行或机器人切割设备进行，这样，切割操作更为精准。

在本实施方式中，所述预热软化操作为热传导加热、红外加热、激光或电磁感应加热，这样，预热操作更加迅速可控。

一实施方式中，一种热塑性树脂基复合材料电池箱体，在其中一个实施例中包括电池箱体上盖和下箱体。所述上盖和下箱体的主体结构均为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料，装配及加强筋等复杂结构为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料；又如，所述连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种混杂；又如，所述非连续纤维类型为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维的一种或几种混杂；又如，所述连续纤维形式为单向、平纹或斜纹织物的一种或多种；又如，热塑性树脂基体为PE、PP、PA、PET、PC、PPS、PEI、PEEK和PEKK中的一种；又如，连续纤维和非连续纤维增强热塑性树脂为同一种树脂基体；又如，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料纤维体积含量为40％～60％。非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料纤维重量含量为20％～50％；又如，所述电池箱体主体结构厚度为1.5～3.0mm；又如，一种热塑性树脂基复合材料电池箱体的制备方法，在其中一个实施例中包括以下步骤：步骤S1：按设计要求进行连续纤维增强热塑片材切割和铺贴；步骤S2：根据热塑性树脂基体类型选择合适的温度对铺贴组装后的热塑片材预热；步骤S3：预热的热塑片材定型体快速转移至模具内热压成型箱体主体结构；步骤S4：采用非连续纤维增强热塑性树脂模内连续注塑成型装配及连接结构；步骤S5：保压冷却后开模得到净尺寸箱体制品；又如，步骤S1所述连续纤维增强热塑片材切割方式为激光切割、机器人切割中的一种；又如，步骤S2中的热塑性片材预热方式为热传导、红外加热、激光或电磁感应加热的一种或几种组合；又如，步骤S3中所述预热的热塑片材定型体快速转移至模具内的时间小于5s；又如，电池箱体的成型周期为45～120s。本发明提供一种热塑性树脂基复合材料电池箱体及制备方法，所述电池箱体包括电池箱体上盖和下箱体。所述上盖和下箱体的主体结构均为连续纤维增强热塑性复合材料，装配及加强筋等复杂结构为非连续性纤维增强热塑性树脂。其制备方法包括如下步骤：(1)连续纤维增强热塑片材切割和铺贴；(2)铺贴组装后的热塑片材预热；(3)模内热压成型箱体主体结构；(4)模内连续注塑装配及加强筋结构；(5)冷却后开模得到净尺寸箱体。本发明提供的电池箱体设计灵活、重量轻、强度和刚度高、抗冲击性能优异、成型周期短、后加工少、成本低，且材料可循环回收利用。

下面为具体实施例部分。

实施例1

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料选用连续玻璃纤维增强PP预浸片材，纤维体积含量为50％。非连续纤维增强热塑性树脂选用长玻璃纤维增强PP，纤维重量含量为40％。

采用激光切割机将连续玻璃纤维增强PP片材按设计形状进行切割，进行铺贴组装，设计的主体结构厚度为2.5mm。采用红外线加热装置将组装好的片材预热至160℃，预热时间为45s，将预热的片材迅速转移至模温为150℃的成型模具内，合模加压成型电池箱体主体结构。然后采用长玻璃纤维增强PP树脂注塑成型电池箱体装配及加强筋结构，注塑温度为245℃。保压冷却后开模取件，得到净尺寸热塑性树脂基复合材料电池箱体。

实施例2

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料选用单向碳纤维增强PA66预浸片材和单向玻璃纤维增强PA66预浸片材，纤维体积含量均为55％。非连续纤维增强热塑性树脂选用长玻璃纤维增强PA66，纤维重量含量为45％。

采用高速机器人切割设备按设计要求切割单向预浸片材，并进行铺贴组装，其中箱体内表面铺层采用玻璃纤维增强PA66预浸片材，其余铺层均采用碳纤维增强PA66预浸片材，设计的电池箱体主体结构厚度为2.0mm。采用电磁加热对组装的热塑片材进行预热至270℃，预热时间为50s，将预热的片材采用机械手迅速转移至模温为260℃的成型模具内，合模加压成型电池箱体主体结构。然后采用长玻璃纤维增强PA66模内注塑成型电池箱体装配及加强筋结构，注塑温度为300℃。保压冷却后开模取件，得到净尺寸热塑性树脂基复合材料电池箱体。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种电池箱体，其特征在于，包括：上盖和下箱体，所述上盖设于所述下箱体上；

所述上盖的主体结构为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，所述上盖的边缘拼接结构为非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑成型得到；所述上盖的边缘拼接结构包括装配结构，具有较多的不规则平面和/或曲面；

所述下箱体的主体结构为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材采用热压成型得到，所述下箱体的加强筋结构和边缘拼接结构为所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑成型得到；所述下箱体的主体结构具有中空矩形体结构，所述下箱体的主体结构的相邻的两个侧面的拼接位置处具有间隙；

所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维的体积含量为40％～60％；所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维的重量含量为20％～50％；

所述下箱体的开口边缘位置处具有装配圈，所述下箱体的边缘拼接结构包括粘接缝补部和所述装配圈，所述装配圈采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料进行注塑操作得到。

2.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、天然纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的电池箱体，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的连续纤维编织形式为单向、平纹和斜纹织物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的非连续纤维为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于，所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮。

6.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于，所述非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料中的热塑性树脂基体为聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺或聚醚醚酮。

7.根据权利要求1所述的电池箱体，其特征在于，所述上盖上设有用于插入电极的插接部，所述插接部上开设有开孔，所述边缘拼接结构为所述插接部。

8.一种电池箱体的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材趁热迅速转移至第一模具内，采用热压操作得到上盖的主体结构；将非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料采用模内连续注塑工艺于所述第一模具内并在上盖的主体结构上得到上盖的边缘拼接结构；

采用保压冷却操作后，得到电池箱体。

9.根据权利要求8所述的电池箱体的制造方法，其特征在于，所述切割操作采用激光切割设备进行或机器人切割设备进行。

10.根据权利要求8所述的电池箱体的制造方法，其特征在于，所述预热软化操作为热传导加热、红外加热、激光或电磁感应加热。