CN107946488A - 基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备工艺，电池壳包括电池壳主体和电池壳盖，电池壳盖和电池壳主体通过螺栓连接；电池壳主体包括电池壳侧壁和电池壳底板，电池壳侧壁设有加强筋，对电池壳的薄弱部位进行增强；电池壳底板设置有若干条纵横相交的支承筋；支承筋与所述加强筋连接成一体结构；电池壳的材料采用连续纤维与长纤维混杂增强树脂基复合材料。本发明充分结合连续纤维和长纤维在成性与成形方面的各自优势，实现电池壳减重的同时提高了电池壳的力学性能，同时解决现有复合材料电池壳的批量生产困难问题，能实现自动化且短循环周期生产的制备，使得复合材料电池壳在电动汽车制造中得到更为广泛的应用，从而实现轻量化目标。

Description

基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备 工艺

技术领域

本发明涉及一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备工艺。

背景技术

汽车的轻量化对节能减排起着至关重要的作用，零部件的轻量化是实现汽车轻量化的重要途径之一。电池组总成在电动汽车整备质量中占比可达30％，因而电池壳轻量化设计对整车轻量化十分重要。复合材料由于其轻量化、高比刚、高比强，冲击吸能特性良好等优势，在汽车零部件设计的应用逐渐广泛。

目前的电池壳设计中，为了满足电池外壳体所需的高结构强度，减小汽车碰撞过程中电池外壳的变形从而有效预防电池爆炸，通常设计较大壁厚的电池外壳或者选用性能更优异的材料。设计较大壁厚的电池外壳会增加电池壳的重量，而性能优异的材料不易获得，且成本过高，不适合批量化生产。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳及制备工艺，充分结合连续纤维和长纤维在成性与成形方面的各自优势，实现电池壳减重的同时提高了电池壳的力学性能，同时解决现有复合材料电池壳的批量生产困难问题，能实现自动化且短循环周期生产的制备，使得复合材料电池壳在电动汽车制造中得到更为广泛的应用，从而实现轻量化目标。

本发明技术解决方案：一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳，所述电池壳包括电池壳主体和电池壳盖，所述电池壳盖和电池壳主体通过螺栓连接；所述电池壳主体括电池壳侧壁和电池壳底板，所述电池壳侧壁设有加强筋，对电池壳的薄弱部位进行增强；所述电池壳底板设置有若干条纵横相交的支承筋；所述支承筋与所述加强筋连接成一体结构；所述电池壳的材料采用连续纤维与长纤维混杂增强树脂基复合材料。

所述连续纤维与长纤维为碳纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维。

所述树脂基体材料为热塑性或者热固性树脂，包括PA6、PP、PBT、PES、PEEK或尼龙612。

本发明基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳制备工艺，包括原材料铺放，加热，模压预成型以及注塑包覆成型，脱模冷却，步骤如下：

(1)原材料铺放，将用树脂浸渍过的连续纤维增强板坯，即预浸料根据电池壳的几何形状剪裁并铺放于堆积单元，作为连续纤维部分，用机械臂的吸盘将预浸料从堆积单元吸起，并转移到附近的加热单元；

(2)加热，在加热单元中采用对流或红外线对预浸料进行加热；

(3)模压预成型以及注塑包覆成型，将加热完毕的预浸料转移并均匀铺入模具中，闭合模具，对预浸料进行模压形成预成型件；随后，从预成型件上方将长纤维增强树脂注入到模具与预成型件之间的空腔中，这一过程称为注塑包覆成型；电池壳上的加强筋、支承筋都在注射包覆成型过程中集成，无需后成型加工或者修剪工序；

(4)脱模冷却，待长纤维增强树脂固化结束，利用机械手臂的吸盘将电池壳转移到冷却定型工装上，使电池壳迅速冷却至室温。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与现有技术CN 206076324 U中采用金属相比，本发明采用了连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料制备电池壳，在电池壳的侧壁设置加强筋，底板设置支承筋，能在保证电池壳具有较高的强度下减小电池壳体的设计厚度，从而实现轻量化。

(2)与现有技术CN 105140430 B中采用焊接的方式连接加强筋与电池壳体相比，本发明通过在同一模具中集成模压预成型以及注塑包覆成型这两次成型过程，使加强筋与电池壳在一个工艺过程中一体成型，增强了加强筋与电池壳之间的连接性能，减小了循环周期，提高了生产效率，适用于大批量生产。

附图说明

图1为本发明的一个电池壳实例；

图2为本发明一种加强筋和支承筋分布方式示意；

图3为本发明复合材料加强筋电池壳的制备过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明加强筋电池壳的具体结构和制备方式。

如图1所示，本发明的电池壳包括电池壳主体2和电池壳盖1，电池壳盖1和电池壳主体2通过螺栓连接，本实施例中的电池壳主体2为一个方形电池壳，与方形电池壳盖通过螺栓连接。电池壳主体2包括电池壳侧壁和电池壳底板，电池壳底板设置有共28条纵横相交的高度3mm，厚度1mm的支承筋，与电池壳主体2的前侧壁21、后侧壁22、左侧壁23、右侧壁24上的共56条高度3mm，厚度1mm的加强筋3连接成一体结构，对电池壳的薄弱部位进行了增强，如图2所示。电池壳底板设置有若干条纵横相交的支承筋4，如图2所示。

电池壳主体2和电池壳盖1的材料采用连续纤维与长纤维混杂增强树脂基复合材料。

如图2所示，实际应用中可以根据需求设计各种各样的加强筋3和支承筋4分布方式。分析电池壳主体的受载方式，找出需要布置加强筋的薄弱部位进行加强。

本发明的电池壳的制备需要通过原材料铺放、加热、模压(预成型)以及注塑(包覆成型)、脱模冷却四个主要步骤实现。

本发明所使用的原材料分为两部分。第一部分为用树脂浸渍过的连续纤维增强板坯(预浸料)，在上述第一步中被拾取。第二部分为长纤维增强的树脂，在上述第三步中用于注塑。所选长纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等多种纤维，所选树脂可以为PA6、PP、PBT、PES、PEEK和尼龙612等各类热塑性或者热固性树脂。最终制备得到的电池壳体现了连续纤维与长纤维的混杂设计。

如图3所示，具体的制备工艺如下：

(1)原材料铺放。将用树脂浸渍过的连续纤维增强板坯,即预浸料根据电池壳的几何形状剪裁并铺放于堆积单元，作为连续纤维部分，用机械臂的吸盘将预浸料从堆积单元吸起，并转移到附近的加热单元；

(2)加热。在加热单元中采用对流或红外线对预浸料进行加热；

(3)模压预成型以及注塑包覆成型，将加热完毕的预浸料转移并均匀铺入模具中，闭合模具，对预浸料进行模压形成预成型件；随后，从预成型件上方将长纤维增强树脂注入到模具与预成型件之间的空腔中，这一过程称为注塑包覆成型；电池壳上的加强筋、支承筋都在注射包覆成型过程中集成，无需后成型加工或者修剪工序；

(4)脱模冷却。待长纤维增强树脂固化结束，利用机械手臂的吸盘将电池壳转移到冷却定型工装上，使电池壳迅速冷却至室温。

其中，预浸料的预成型和注塑成型被结合到一个工艺中，这一改进使得纤维增强的电池壳更为轻薄，同时改善了加强筋与电池壳之间的连接性能，使电池壳能达到很高的强度；此外，热成型和注塑热塑性材料的组合可以用于制备复杂的结构，开辟了全新的设计可能性；通过在同一模具中集成两次成型过程，减小了循环周期，生产效率更高，适用于大批量生产。

加强筋设计可以加强电池壳抗变形能力，增强电池壳的刚度与强度。而对应的制备工艺可以在实现复杂结构件制备的同时有效提高生产效率。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳，其特征在于：所述电池壳包括电池壳主体和电池壳盖，所述电池壳盖和电池壳主体通过螺栓连接；所述电池壳主体包括电池壳侧壁和电池壳底板，所述电池壳侧壁设有加强筋，对电池壳的薄弱部位进行增强；所述电池壳底板设置有若干条纵横相交的支承筋；所述支承筋与所述加强筋连接成一体结构；所述电池壳的材料采用连续纤维与长纤维混杂增强树脂基复合材料。

2.根据权利要求1所述的基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳，其特征在于：所述连续纤维与长纤维为碳纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维。

3.根据权利要求1所述的基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳，其特征在于：所述树脂基体材料为热塑性或者热固性树脂，包括PA6、PP、PBT、PES、PEEK或尼龙612。

4.一种基于连续纤维与长纤维混杂设计的复合材料电池壳制备工艺，其特征在于：包括原材料铺放，加热，模压预成型以及注塑包覆成型，脱模冷却，步骤如下：

(1)原材料铺放，将用树脂浸渍过的连续纤维增强板坯,即预浸料根据电池壳的几何形状进行剪裁并铺放于堆积单元，作为连续纤维部分，用机械臂的吸盘将预浸料从堆积单元吸起，并转移到附近的加热单元；

(2)加热，在加热单元中采用对流或红外线对预浸料进行加热；

(3)模压预成型以及注塑包覆成型，将加热完毕的预浸料转移并均匀铺入模具中，闭合模具，对预浸料进行模压形成预成型件；随后，从预成型件上方将长纤维增强树脂注入到模具与预成型件之间的空腔中，这一过程称为注塑包覆成型；电池壳上的加强筋、支承筋都在注射包覆成型过程中集成，无需后成型加工或者修剪工序；

(4)脱模冷却，待长纤维增强树脂固化结束，利用机械手臂的吸盘将电池壳转移到冷却定型工装上，使电池壳迅速冷却至室温。