CN110957450A - 一种电动汽车轻质电池包制作方法及电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车轻质电池包制作方法及电池包，其中电池包包括上盖和下箱体，制作方法包括电池箱箱体模具制备，纤维布类型及夹层泡沫选择，预浸料及硬质泡沫裁剪，预浸料铺放及封装，固化成型，脱模。本发明制作的电池包整体可减重41.5％，整车质量减重8.3％，电池包能量密度提高31.5％，可以有效地提高电动汽车续航里程，减少能量浪费，电池包抗冲击性能提升16％，阻燃性能提高，绝缘增强，耐高温、耐腐蚀性能提高。

Description

一种电动汽车轻质电池包制作方法及电池包
技术领域
本发明属于电动汽车电池包轻量化技术领域，尤其是涉及一种电动汽车轻质电池包制作方法及电池包。
背景技术
各国对生态环境保护需求不断提高，油价不断上涨，为电动汽车的高速发展提供了肥沃的土壤。凭借能源利用高效，使用、维护简单等优点，电动汽车在未来运输业发展中必然有着其不可替代的位置。作为电动汽车的关键部件之一，电池包约占整个电动汽车质量的40％且电池包在安全性，制造技术方面都有其独立的技术标准，详见GB/T 31467.3-2015。
当今国内外电动汽车电池包的应用中一般是金属和塑料两种材料较为常见，钢铁电池包重量大、抗腐蚀性能差等特点大大缩减电池包使用寿命，铝制电池包相对于钢铁来说重量减轻，但制造成本偏高，后期加工零部件易受损等缺点显著。塑料可分热塑性塑料和热固性塑料两类，热塑性塑料低耐热性和耐烧蚀能力差，其在电动车上的应用一直难以得到推广，热固塑料的力学性能通常比热塑性材料更强，并且具有更好的耐热能力、质量轻、抗腐蚀性能好等优点，正在一步步受到国能外电池包研究人员的青睐。
热固性复合材料(包括碳纤维复合材料)的使用在汽车工业中并不少见。福特汽车公司、陶氏化学公司和Continental Structural Plastic共同合作完成了基于预浸料的汽车B柱研发并用于福特Fusion车型。在项目的实施中，实现了兼顾经济效益的方案来生产车用碳纤维增强复合材料部件，并证明了可通过碳纤维增强复合材料实现大容量车辆的轻量化设计。宝马致力于开发面向大众市场的碳纤维汽车，其在宝马i3或者i8都有大部分的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在针对现有技术中存在的电池包质量高、设计电池能量利用率低、耐冲击性能不达标等技术缺陷，而提供一种电动汽车电池包制作方法及电池包。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动汽车轻质电池包，包括上盖和下箱体，所述上盖可开合于下箱体上端，下箱体的内壁和外壁之间连接有若干个加强筋，下箱体的内壁和外壁之间的空间内填充硬质泡沫，下箱体的表面从内到外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡和真空袋，并通过抽真空预压实。
进一步，所述加强筋为工字型。
进一步，所述硬质泡沫为PMI硬质泡沫。
一种上述的电动汽车轻质电池包的制作方法，包括如下步骤：
步骤A，制备上盖：将碳纤维织物在酒精和丙酮的混合溶液中浸泡；然后取出在烘箱中烘干；将处理过的碳纤维织物按照设计规定尺寸裁剪后铺到RTM模具中，利用RTM注射机将事先配好的环氧树脂基AB胶注入，浸润碳纤维织物，加温固化，低温脱模，形成电池包上盖；
步骤B，制备下箱体，先在模腔内预先铺放好碳纤维织物，使得纤维能够相对均匀地填充模腔，然后在压力或真空作用力下将树脂注入闭合模腔，浸润纤维，固化后脱模。
进一步，所述步骤B包括：
步骤B1，电池箱箱体模具制备：根据设计要求和模具标准，设计箱体模具结构，确定箱体模具尺寸；
步骤B2，纤维布类型及夹层泡沫选择：使用中温固化环氧碳纤维单向预浸料、聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫；
步骤B3，预浸料及硬质泡沫裁剪：使用复合材料裁剪机将预浸料按照箱体几何尺寸裁剪成型，再将硬质泡沫铣出规定尺寸；
步骤B4，预浸料铺放及封装：
利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，使用脱模剂对步骤B1中所述的模具内腔进行均匀涂抹，涂完脱模剂后铺上一层脱模布将裁剪好的预浸料完整的按照结构尺寸铺放在模具上，铺层方向为各向同性，将预成型后的加强筋及添加环氧胶膜后的硬质泡沫填充层添加到下箱体侧壁，最后预浸料外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡、真空袋，用真空密封胶带把真空袋密封在模具上完成封装并进行抽真空预压实；
步骤B5，固化成型：将预吸胶后的零件在模具上定位组装，封装真空袋后，按照材料工艺特性、构件形状尺寸、设备情况制定工艺参数，预浸料铺层经历树脂流动、树脂固化、纤维密实等过程，最终完全固化；
步骤B6，脱模。
进一步，所述步骤A中，使用T300碳纤维织物，利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，两种溶液的体积比例1:1，使用脱模剂对RTM模具内腔进行均匀涂抹，3分钟一次，共涂抹三次；用碳纤维裁剪机将碳纤维织物按照产品规定的尺寸裁剪成型，依次铺放到上模具表面，通过ANSYS仿真后决定使用10层碳纤维织物，分5层预成型一次，电池包碰撞约束条件为正面碰撞和侧面碰撞两种工况下的强度需求，将质量比为2∶1的环氧树脂混合均匀，通过RTM注射枪注入模腔内，浸润碳纤维织物温度控制在120℃，注射压力为10Bar，时间为3-5min，固化5min，降温脱模，取出碳纤维上盖。
进一步，所述步骤B4中，酒精和丙酮的溶液的体积比例为1:1。
进一步，所述步骤B4中，铺层方向为0°/45°/90°/-45°/0°。
相对于现有技术，本发明所述的电动汽车轻质电池包制作方法及电池包具有以下优势：1、进行选材优化，解决现有方案电池包应用时电池包质量太高、抗冲击能力差、电池能量密度应用率低的特点。
2、进行结构优化，以整装电池包使用工况需求为基础，通过大量试验与仿真计算，确保此电池包可以满足作为电动汽车电池包应用的全部工况。
3、与现有电池包解决方案对比分析，提高实用性。
4、本发明制作的电池包整体可减重41.5％，整车质量减重8.3％，电池包能量密度提高31.5％，可以有效地提高电动汽车续航里程，减少能量浪费，电池包抗冲击性能提升16％，阻燃性能提高，绝缘增强，耐高温、耐腐蚀性能提高。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的下箱体的结构示意图；
图2为图1中加强筋的结构示意图；
图3为本发明的上盖的的结构示意图；
图4为预浸料的铺层方向为±45°的示意图；
图5为预浸料的铺层方向为0°的示意图；
图6为预浸料的铺层方向为90°的示意图；
附图标记说明：
1-硬质泡沫；2-加强筋。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-3所示，一种电动汽车轻质电池包，包括上盖和下箱体，所述上盖可开合于下箱体上端，下箱体的内壁和外壁之间连接有若干个工字型的加强筋2，下箱体的内壁和外壁之间的空间内填充硬质泡沫1，下箱体的表面从内到外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡和真空袋，并通过抽真空预压实。所述硬质泡沫1为PMI硬质泡沫。
如图1所示，将内表面碳纤维复合材料预浸料按规定方向铺层预成型好，夹心为PMI硬质泡沫两面通过环氧树脂胶膜一边与加强筋粘接，一边与碳纤维复合材料内外表面粘接。加强筋2与PMI硬质泡沫粘接组成平面夹心，并与碳纤维复合材料内外表面粘接。
一种上述的电动汽车轻质电池包的制作方法，包括如下步骤：
步骤A，制备上盖：将碳纤维织物在酒精和丙酮的混合溶液中浸泡；然后取出在烘箱中烘干；将处理过的碳纤维织物按照设计规定尺寸裁剪后铺到RTM模具中，利用RTM注射机将事先配好的环氧树脂基AB胶注入，浸润碳纤维织物，加温固化，低温脱模，形成电池包上盖；
具体的，所述步骤A中，使用T300碳纤维织物，由于碳纤维复合材料质量轻、抗腐蚀性能好、比强度、比刚度好等优点，其成为目前应用最广泛的电动汽车电池包材料之一。
利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，两种溶液的体积比例1:1，使用脱模剂对RTM模具内腔进行均匀涂抹，3分钟一次，共涂抹三次；用碳纤维裁剪机将碳纤维织物按照产品规定的尺寸裁剪成型，依次铺放到上模具表面，通过ANSYS仿真后决定使用10层碳纤维织物，分5层预成型一次，电池包碰撞约束条件为正面碰撞和侧面碰撞两种工况下的强度需求，将质量比为2∶1的环氧树脂混合均匀，通过RTM注射枪注入模腔内，浸润碳纤维织物温度控制在120℃，注射压力为10Bar，时间为3-5min，固化5min，降温脱模，取出碳纤维上盖。其中模具由专用的压机带动实现开模、合模、锁紧。设备采用高速注射设备，模具使用金属模具，成型周期小于10min，成型效率与普通成型相比提高45％，可满足大批量生产节拍。
步骤B，制备下箱体，先在模腔内预先铺放好碳纤维织物，使得纤维能够相对均匀地填充模腔，然后在压力或真空作用力下将树脂注入闭合模腔，浸润纤维，固化后脱模。
所述步骤B包括：
步骤B1，电池箱箱体模具制备：根据设计要求和模具标准，设计箱体模具结构，确定箱体模具尺寸；
步骤B2，纤维布类型及夹层泡沫选择：使用中温固化环氧碳纤维单向预浸料、聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫；
步骤B3，预浸料及硬质泡沫1裁剪：使用复合材料裁剪机将预浸料按照箱体几何尺寸裁剪成型，再将硬质泡沫1铣出规定尺寸；
步骤B4，预浸料铺放及封装：
利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，酒精和丙酮的溶液的体积比例为1:1。使用脱模剂对步骤B1中所述的模具内腔进行均匀涂抹，涂完脱模剂后铺上一层脱模布，将裁剪好的预浸料完整的按照结构尺寸铺放在模具上，铺层方向为各向同性，为0°/45°/90°/-45°/0°(如图4-6所示)，将预成型后的加强筋及添加环氧胶膜后的硬质泡沫填充层添加到下箱体侧壁，最后预浸料外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡、真空袋，用真空密封胶带把真空袋密封在模具上完成封装并进行抽真空预压实。
注意事项：
预浸料下料：预浸料质量检验，测试预浸料的树脂含量，以便吸胶系统计算时使用。可近似展开成平面，如果不能展开成平面，就适当宽度条形。纤维方向偏差≤1。
铺叠：铺层方式可满足复合材料制件在结构、性能上的要求，纤维取向角的精确控制，复杂曲面上的铺叠可采用激光定位辅助进行。由制件性能计算铺层层数，除去层间夹杂空气(受预浸料工艺性影响)，保证层间性能。当制件尺寸大于手工临界尺寸5m×2.5m时，采用自动铺层技术。复杂制件结构中铺层搭接、拼接与展开压实。
抽真空预压实：铺层操作中去除挥发分、预浸料层间夹杂空气、密实铺层的过程，同时可提高构件尺寸精度。通常在室温或加热条件下对铺层进行抽真空，时间5～15min,一般每铺叠3～8层左右进行一次预压实，预压实对厚制件尤为重要。预压实对成型质量的保证有很大益处，但会明显增大铺层成本和铺层时间。
步骤B5，固化成型：将预吸胶后的零件在模具上定位组装，封装真空袋后，按照材料工艺特性、构件形状尺寸、设备情况制定工艺参数，预浸料铺层经历树脂流动、树脂固化、纤维密实等过程，最终完全固化；
步骤B6，脱模。将构件从模具上取下的过程，脱模难易程度取决于模具设计合理性，避免对构件和模具造成损伤，一般降温至50℃以下才允许脱模，防止制品变形和树脂开裂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车轻质电池包，其特征在于：包括上盖和下箱体，所述上盖可开合于下箱体上端，下箱体的内壁和外壁之间连接有若干个加强筋(2)，下箱体的内壁和外壁之间的空间内填充硬质泡沫(1)，下箱体的表面从内到外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡和真空袋，并通过抽真空预压实。
2.根据权利要求1所述的电动汽车轻质电池包，其特征在于：所述加强筋(2)为工字型。
3.根据权利要求1所述的电动汽车轻质电池包，其特征在于：所述硬质泡沫(1)为PMI硬质泡沫。
4.一种权利要求1-3任一项所述的电动汽车轻质电池包的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A，制备上盖：将碳纤维织物在酒精和丙酮的混合溶液中浸泡；然后取出在烘箱中烘干；将处理过的碳纤维织物按照设计规定尺寸裁剪后铺到RTM模具中，利用RTM注射机将事先配好的环氧树脂基AB胶注入，浸润碳纤维织物，加温固化，低温脱模，形成电池包上盖；
步骤B，制备下箱体，先在模腔内预先铺放好碳纤维织物，使得纤维能够相对均匀地填充模腔，然后在压力或真空作用力下将树脂注入闭合模腔，浸润纤维，固化后脱模。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：所述步骤B包括：
步骤B1，电池箱箱体模具制备：根据设计要求和模具标准，设计箱体模具结构，确定箱体模具尺寸；
步骤B2，纤维布类型及夹层泡沫选择：使用中温固化环氧碳纤维单向预浸料、聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫；
步骤B3，预浸料及硬质泡沫(1)裁剪：使用复合材料裁剪机将预浸料按照箱体几何尺寸裁剪成型，再将硬质泡沫(1)铣出规定尺寸；
步骤B4，预浸料铺放及封装：
利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，使用脱模剂对步骤B1中所述的模具内腔进行均匀涂抹，涂完脱模剂后铺上一层脱模布将裁剪好的预浸料完整的按照结构尺寸铺放在模具上，铺层方向为各向同性，将预成型后的加强筋及添加环氧胶膜后的硬质泡沫填充层添加到下箱体侧壁，最后预浸料外依次铺上脱模布、有孔隔离膜、吸胶毡、有孔隔离膜、透气毡、真空袋，用真空密封胶带把真空袋密封在模具上完成封装并进行抽真空预压实；
步骤B5，固化成型：将预吸胶后的零件在模具上定位组装，封装真空袋后，按照材料工艺特性、构件形状尺寸、设备情况制定工艺参数，预浸料铺层经历树脂流动、树脂固化、纤维密实等过程，最终完全固化；
步骤B6，脱模。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：所述步骤A中，使用T300碳纤维织物，利用酒精和丙酮的混合溶液擦洗模具腔体，两种溶液的体积比例1:1，使用脱模剂对RTM模具内腔进行均匀涂抹，3分钟一次，共涂抹三次；用碳纤维裁剪机将碳纤维织物按照产品规定的尺寸裁剪成型，依次铺放到上模具表面，通过ANSYS仿真后决定使用10层碳纤维织物，分5层预成型一次，电池包碰撞约束条件为正面碰撞和侧面碰撞两种工况下的强度需求，将质量比为2∶1的环氧树脂混合均匀，通过RTM注射枪注入模腔内，浸润碳纤维织物温度控制在120℃，注射压力为10Bar，时间为3-5min，固化5min，降温脱模，取出碳纤维上盖。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：所述步骤B4中，酒精和丙酮的溶液的体积比例为1:1。
8.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：所述步骤B4中，铺层方向为0°/45°/90°/-45°/0°。
CN201911369266.2A 2019-12-26 2019-12-26 一种电动汽车轻质电池包制作方法及电池包 Pending CN110957450A (zh)

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