CN109755434A

CN109755434A - 碳纤维复合材料的电池托盘

Info

Publication number: CN109755434A
Application number: CN201910036427.XA
Authority: CN
Inventors: 陈修贤; 何鹏; 颜磊; 韩建民; 崔东亮
Original assignee: Kangde Composite Material LLC
Current assignee: Kangde Composite Material LLC
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-05-14

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料的电池托盘，用以容置电池包，碳纤维复合材料的电池托盘包括：底板以及拉挤型材框架。拉挤型材框架是由四个等截面的拉挤型材梁构成，拉挤型材框架呈矩形，且拉挤型材框架与底板的顶部固定连接，从而形成容置空间，电池包固定于容置空间内；其中，底板的外表面铺设有碳纤维铺层；其中，拉挤型材梁是由碳纤维织物拉挤成型。借此，本发明的碳纤维复合材料的电池托盘，重量轻，综合成本低，且提高了材料利用率和生产效率，有助于碳纤维电池托盘的批量化应用。

Description

碳纤维复合材料的电池托盘

技术领域

本发明是关于电动汽车领域，特别是关于一种碳纤维复合材料的电池托盘。

背景技术

当前纯电动汽车产销两旺，爆炸式增长，纯电动汽车采用动力电池组及电机驱动动力，它工作时不会产生的废气，不排放尾气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，可以说几乎是“零污染”。电动汽车使用成本低廉，只有汽油车的五分之一左右。纯电动汽车的使用，有效降低了汽车排放的污染物，利于大气环境的防治。

但纯电动汽车电池重量重，电池能量密度低等因素，存在“里程焦虑”等缺点，电动汽车里程较短已成为越来越多用户的痛点。为了解决纯电动汽车“里程焦虑”的问题，汽车主机厂在努力的提高电池的能量密度和降低汽车重量，部分车型采用碳纤维材料来提高电池能量密度和降低汽车重量，以提高纯电动汽车的续航里程。

电池托盘作为电池包的主承力结构，承受电池包振动、碰撞等极限载荷，碳纤维具有高的比强度和比模量，采用碳纤维复合材料可以有效降低电池托盘的重量。目前市面上碳纤维复合材料电池托盘采用传统生产工艺，生产效率较低，且结构复杂，零件个数较多，装配复杂，工检模等投入较大，很难应用在低端车型，阻碍了碳纤维电池托盘的大批量应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料的电池托盘，其重量轻，综合成本低，且提高了材料利用率和生产效率，有助于碳纤维电池托盘的批量化应用。

为实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维复合材料的电池托盘，用以容置电池包，碳纤维复合材料的电池托盘包括：底板以及拉挤型材框架。拉挤型材框架是由四个等截面的拉挤型材梁构成，拉挤型材框架呈矩形，且拉挤型材框架与底板的顶部固定连接，从而形成容置空间，电池包固定于容置空间内；其中，底板的外表面铺设有碳纤维铺层；其中，拉挤型材梁是由碳纤维织物拉挤成型。

在一优选的实施方式中，底板由上表面碳纤维铺层、下表面碳纤维铺层、泡沫芯及多个泡沫凸台采用HP-RTM工艺成型，泡沫芯设置于上表面碳纤维铺层与下表面碳纤维铺层之间，多个泡沫凸台设置于上表面碳纤维铺层之上，多个泡沫凸台的表面铺设有碳纤维铺层，且多个泡沫凸台上开设有螺栓孔，电池包通过螺栓拧设于螺栓孔，从而使电池包与多个泡沫凸台固定连接。

在一优选的实施方式中，拉挤型材框架还包括四个铝合金接头，四个铝合金接头分别与四个等截面的拉挤型材梁的两端胶接固定，从而组成矩形的拉挤型材框架。

在一优选的实施方式中，拉挤型材框架的底部通过胶黏剂与底板的顶部胶接固定，且拉挤型材框架的两侧与车身通过螺栓固定连接。

在一优选的实施方式中，四个等截面的拉挤型材梁的上表面分别开设有多个连接孔，电池包的上盖通过多个螺栓拧设于多个连接孔中，从而使上盖盖设固定于拉挤型材梁的上方。

在一优选的实施方式中，拉挤型材梁采用300gsm的碳纤维织物拉挤成型，且纤维体的含量为55％，铺层顺序为(0/45/-45/90/0)s。

在一优选的实施方式中，泡沫芯及泡沫凸台的材质为PMI或PET。

在一优选的实施方式中，上表面碳纤维铺层及下表面碳纤维铺层采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且上表面碳纤维层的厚度为2mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/90/0)，下表面炭纤维层的厚度为1.65mm，铺层顺序为(0/90/0/90/0)。

在一优选的实施方式中，泡沫凸台的表面采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且泡沫凸台的表面铺设的碳纤维铺层的厚度为2.64mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/-45/45/90/0)。

在一优选的实施方式中，铝合金接头的顶部端面与拉挤型材框架的顶部端面持平。

与现有技术相比，根据本发明的碳纤维复合材料的电池托盘，重量轻，综合成本低，且提高了材料利用率和生产效率，有助于碳纤维电池托盘的批量化应用。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的立体图结构示意图。

图2是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的截面结构示意图。

图3是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的底板的铺层示意图。

图4是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的拉挤型材梁的铺层示意图。

主要附图标记说明：

1-底板，2-拉挤型材梁，3-铝合金接头，4-胶黏剂，5-下表面碳纤维铺层，6-上表面碳纤维铺层，7-泡沫凸台表面碳纤维铺层，8-泡沫芯，9-拉挤型材梁外铺层，10-拉挤型材梁内铺层，11-泡沫凸台。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图4所示，图1是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的立体图结构示意图；图2是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的截面结构示意图；图3是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的底板的铺层示意图；图4是根据本发明一实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘的拉挤型材梁的铺层示意图。

根据本发明优选实施方式的碳纤维复合材料的电池托盘，用以容置电池包，碳纤维复合材料的电池托盘包括：底板1以及拉挤型材框架。拉挤型材框架是由四个等截面的拉挤型材梁2构成，拉挤型材框架呈矩形，且拉挤型材框架与底板1的顶部固定连接，从而形成容置空间，电池包固定于容置空间内；其中，底板1的外表面铺设有碳纤维铺层；其中，拉挤型材梁2是由碳纤维织物拉挤成型。

在一优选的实施方式中，底板1由上表面碳纤维铺层6、下表面碳纤维铺层5、泡沫芯8及多个泡沫凸台11采用HP-RTM工艺成型，泡沫芯8设置于上表面碳纤维铺层6与下表面碳纤维铺层5之间，多个泡沫凸台11设置于上表面碳纤维铺层6之上，多个泡沫凸台11的表面铺设有碳纤维铺层，且多个泡沫凸台11上开设有螺栓孔，电池包通过螺栓拧设于螺栓孔，从而使电池包与多个泡沫凸台11固定连接。

在一优选的实施方式中，拉挤型材框架还包括四个铝合金接头3，四个铝合金接头3分别与四个等截面的拉挤型材梁2的两端胶接固定，从而组成矩形的拉挤型材框架；拉挤型材框架的底部通过胶黏剂4与底板1的顶部胶接固定，且拉挤型材框架的两侧与车身通过螺栓固定连接。

在一优选的实施方式中，四个等截面的拉挤型材梁2的上表面分别开设有多个连接孔，电池包的上盖通过多个螺栓拧设于多个连接孔中，从而使上盖盖设固定于拉挤型材梁2的上方；拉挤型材梁2采用300gsm的碳纤维织物拉挤成型，且纤维体的含量为55％，铺层顺序为(0/45/-45/90/0)s；泡沫芯8及泡沫凸台11的材质为PMI或PET。

在一优选的实施方式中，上表面碳纤维铺层6及下表面碳纤维铺层5采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且上表面碳纤维层的厚度为2mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/90/0)，下表面炭纤维层的厚度为1.65mm，铺层顺序为(0/90/0/90/0)。

在一优选的实施方式中，泡沫凸台11的表面采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且泡沫凸台11的表面铺设的碳纤维铺层的厚度为2.64mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/-45/45/90/0)；铝合金接头3的顶部端面与拉挤型材框架的顶部端面持平。

在实际应用中，本发明的碳纤维复合材料的电池托盘由拉挤型材框架和底板1组成，拉挤型材框架由四个碳纤维复合材料拉挤型材梁2和四个铝合金接头3连接而成，拉挤型材梁2采用300gsm的碳纤维单向布，纤维体积含量55％，铺层顺序为(0/45/-45/90/0)s，与上盖、底板1和车身连接；四个铝合金接头3的端面与拉挤型材梁2的端面持平，可以保证与上盖之间的密封性；底板1由上表面碳纤维铺层6、下表面碳纤维铺层5、泡沫芯8和泡沫凸台11组成，采用HP-RTM工艺成型；下表面碳纤维铺层5选用300gsm的碳纤维单向布，厚度为1.65mm，铺层顺序为(0/90/0/90/0)，满足电池托盘高性能及低成本要求；上表面碳纤维铺层6采用局部变厚度铺层(即泡沫凸台11表面碳纤维铺层7)，整体铺层厚度2mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/90/0)，局部增强处碳纤维铺层厚度2.64mm(即泡沫凸台11表面碳纤维铺层7)，铺层顺序为(0/90/45/-45/-45/45/90/0)，合理利用碳纤维特性，满足局部高强度要求；而泡沫芯8的材料为PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)或PET(涤纶树脂)，密度80-120kg/m3，泡沫表面刻有2mm*2mm相邻20-30mm纵横交叉的槽，纵横交叉槽的交点钻直径2mm穿透性孔，满足HP-RTM工艺要求。

以本发明的碳纤维复合材料的电池托盘生产为例，碳纤维复合材料三明治泡沫夹芯的底板1的成型过程为：按照铺层顺序(0/90/0/90/0)下料，形成底板1下表面碳纤维铺层5；按照铺层顺序(0/90/45/-45/90/0)下料，形成底板1的上表面碳纤维铺层6；按照铺层顺序(-45/45)下料，形成底板1的泡沫凸台11表面碳纤维铺层7；把底板1的泡沫凸台11表面碳纤维铺层7按照设计和位置要求铺入底板1上表面碳纤维铺层6内部，形成铺层顺序为(0/90/45/-45/-45/45/90/0)的底板1的泡沫凸台11表面碳纤维铺层7，也就是说上表面碳纤维铺层6先在泡沫凸台11上铺设。在预成型模具中依次放入底板1的下表面碳纤维铺层5、泡沫芯8和上表面碳纤维铺层6，制造底板1预成型体；把预成型体放入HP-RTM模具，HP-RTM成型后，切割后，完成底板1的成型。

拉挤型材梁2的成型过程为：把300gsm定宽碳纤维织物按照(0/45/-45/90/0)铺层顺序的拉挤型材梁内铺层10挂在拉挤纱架上；把300gsm定宽碳纤维织物按照(0/45/-45/90/0)铺层顺序的拉挤型材梁外铺层9挂在拉挤纱架上；把拉挤型材梁外铺层9和拉挤型材梁内铺层10放入浸胶槽后，导入模具中，模具加热加压，树脂固化后形成连续的碳纤维拉挤型材梁2，把连续的碳纤维拉挤型材梁2按照设计长度切割加工后，完成拉挤型材梁2的成型。

碳纤维复合材料的电池托盘的装配过程为：把底板1放入装配工装中，边缘区域涂覆胶黏剂4；把四个拉挤型材梁2和四角铝合金接头3装配整体框架，放入装配工装中，并用装配工装对整体结构进行加压；对胶黏剂4区域进行加热固化，胶黏剂4固化后，形成整体的碳纤维复合材料的电池托盘。

碳纤维复合材料的电池托盘，比全钢结构减重60％以上，比全铝合金结构减重30％以上，减重后，可以增加电池模组的重量，电池模组重量增加约3.5％～7％，因此电动汽车行程可增加3.5％～7％。复合材料结构防腐性能好，在汽车下部潮湿环境中使用寿命远远高于金属结构，同时节省了金属结构表面防护处理，降低表面处理时的环境污染。碳纤维复合材料疲劳特性好，碳纤维复合材料托盘使用寿命更长。碳纤维复合材料电池托盘模态较高，抗振动能力强，解决了金属结构振动破坏的问题。

相比其他结构形式的碳纤维复合材料电池托盘，本发明的碳纤维复合材料的电池托盘可以采用高效低成本的拉挤工艺，有效降低产品重量，节约产品成本，有利于碳纤维复合材料电池托盘的推广。

本发明经过优化设计，充分优化结构形式和碳纤维复合材料零件铺层。底板1充分利用夹芯结构刚度高的优势，满足电池模组安装要求，有效承受振动、跌落载荷；框架充分利用碳纤维复合材料拉挤型材梁2高强度性能的优势，连接到车体上，承受车体传递的挤压、碰撞等载荷。利用复合材料各向异性的特性，采用0°和90°为主、±45°为辅的铺层，并利用载荷在各个方向的大小，合理的调整0°和90°的铺层比例，材料浪费率更低，进一步降低产品制造成本。

碳纤维拉挤工艺是指碳纤维织物在外力牵引下，经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续生产长度不限的碳纤维复合材料线型制品的一种方法。拉挤工艺适于批量生产，制造长尺寸制品；其树脂含量精确控制，生产一致性高；纤维含量高，力学性能较佳；原材料利用率95％以上，废品率低；模具成本低，产线投资极少，为碳纤维复合材料成本极低的生产工艺。

复合材料三明治夹芯结构(底板1)，具有结构效率高，零件集成化程度高，零部件重量低的特点，可以有效降低零部件数量，减少模具、装配工装的数量，进一步降低结构的成本。

本发明为一种碳纤维复合材料的电池托盘，充分利用电池托盘的结构特点，在不同区域使用不同结构形式的碳纤维零件，利用拉挤型材梁2的高力学性能，作为电池托盘的框架，承受使用过程中的碰撞、振动、挤压载荷；底板1采用三明治夹芯结构，用来装载电池模组，简化结构，以达到低成本、低重量的目的，同时在底板结构采用局部增厚的结构形式，降低与电池模组连接处由于开孔产生的应力集中，保证连接处的结构安全。

总之，本发明的碳纤维复合材料的电池托盘，相比传统金属结构电池托盘，结构重量轻，电池能量密度高，综合成本较低；相比其他结构碳纤维复合材料电池托盘，材料利用率和生产效率更高，有助于碳纤维电池托盘的批量化应用。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种碳纤维复合材料的电池托盘，用以容置电池包，其特征在于，所述碳纤维复合材料的电池托盘包括：

底板；以及

拉挤型材框架，是由四个等截面的拉挤型材梁构成，所述拉挤型材框架呈矩形，且所述拉挤型材框架与所述底板的顶部固定连接，从而形成容置空间，所述电池包固定于所述容置空间内；

其中，所述底板的外表面铺设有碳纤维铺层；

其中，所述拉挤型材梁是由碳纤维织物拉挤成型。

2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述底板由上表面碳纤维铺层、下表面碳纤维铺层、泡沫芯及多个泡沫凸台采用HP-RTM工艺成型，所述泡沫芯设置于所述上表面碳纤维铺层与所述下表面碳纤维铺层之间，所述多个泡沫凸台设置于所述上表面碳纤维铺层之上，所述多个泡沫凸台的表面铺设有碳纤维铺层，且所述多个泡沫凸台上开设有螺栓孔，所述电池包通过螺栓拧设于所述螺栓孔，从而使所述电池包与所述多个泡沫凸台固定连接。

3.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述拉挤型材框架还包括四个铝合金接头，所述四个铝合金接头分别与四个等截面的所述拉挤型材梁的两端胶接固定，从而组成矩形的所述拉挤型材框架。

4.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述拉挤型材框架的底部通过胶黏剂与所述底板的顶部胶接固定，且所述拉挤型材框架的两侧与车身通过螺栓固定连接。

5.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，四个等截面的所述拉挤型材梁的上表面分别开设有多个连接孔，所述电池包的上盖通过多个螺栓拧设于所述多个连接孔中，从而使所述上盖盖设固定于所述拉挤型材梁的上方。

6.如权利要求1所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述拉挤型材梁采用300gsm的碳纤维织物拉挤成型，且纤维体的含量为55％，铺层顺序为(0/45/-45/90/0)s。

7.如权利要求2所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述泡沫芯及所述泡沫凸台的材质为PMI或PET。

8.如权利要求2所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述上表面碳纤维铺层及所述下表面碳纤维铺层采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且所述上表面碳纤维层的厚度为2mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/90/0)，所述下表面炭纤维层的厚度为1.65mm，铺层顺序为(0/90/0/90/0)。

9.如权利要求2所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述泡沫凸台的表面采用300gsm的碳纤维单向布铺设，且所述泡沫凸台的表面铺设的碳纤维铺层的厚度为2.64mm，铺层顺序为(0/90/45/-45/-45/45/90/0)。

10.如权利要求3所述的碳纤维复合材料的电池托盘，其特征在于，所述铝合金接头的顶部端面与所述拉挤型材框架的顶部端面持平。