CN111730876A - 复合电池箱上盖的成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合电池箱上盖的成型工艺，其包括如下步骤：制备含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料；将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层；在连续纤维增强树脂预浸料上喷射短切纤维以及基体树脂；在喷射的短切纤维以及基体树脂上再次铺层连续纤维增强树脂预浸料；对模具上的中间产品通过保温保压的方式进行固化；将固化定型复合电池箱上盖脱模。本发明可以实现低成本的复合材料电池箱上盖结构设计与整体成型，采用的镂空网格的连续增强纤维材料与短切纤维增强复合材料混合制备预浸料，可以实现不同结构强度的需求以及复杂电池包上盖的铺层工艺。

Description

复合电池箱上盖的成型工艺

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种复合电池箱上盖的成型工艺。

背景技术

复合材料具有高的比模量、比强度，同时复合材料结构的设计与制造可以实现一体化成型。目前，复合材料成为新能源电动汽车轻量化首选材料。新能源电池包作为新能源电动汽车的核心技术，是制约新能源电动汽车发展与推广的关键，而电动汽车的安全性也是电动汽车全面推向市场的关键指标。

使用连续纤维增强树脂基复合材料制造电动汽车上盖是提高复合材料上盖强度、减轻电池包重量、防止热失控的主要手段。连续纤维增强复合材料具有高强度，并且纤维为连续状态，在发生热失控时具有一定的强度与很好的维型能力。但是，连续纤维增强树脂复合材料存在变形能力有限，在复杂结构的复合材料上盖上铺贴性低下，材料利用率低，铺层依靠手工的问题。

针对上述问题，现有的解决思路是在复杂结构的复合材料上盖采用短切纤维增强SMC上盖，但是SMC上盖均为短切纤维，导致上盖强度低、厚度厚，在高温树脂烧蚀后不具备维型能力，减重优势不明显。

另一个解决方案是全部采用连续纤维增强树脂复合材料，相对于复杂结构电池包上盖需要分区域铺层，以及需要搭接，导致材料利用率低，成本相对较高。同时，由于连续纤维强度高，采用全部连续纤维的复合材料上盖存在较大的强度富余，不能充分发挥复合材料的优势。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种复合电池箱上盖的成型工艺，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种复合电池箱上盖的成型工艺，其包括如下步骤：

S1、制备含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料，其包括：

设定纤维宽度和纤维之间网格长度，其中纤维宽度范围为4mm~10mm，网格长度和宽度范围均为20-50mm；

将纤维按照设定的纤维宽度和网格长度编织成连续增强纤维布；

将连续增强纤维布与热固性树脂原料通过预浸料制备设备进行复合，得到含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料，该预浸料制备设备中，胶槽温度35±3℃，牵引速度2±0.1m/min，压辊间隙为0.4±0.05mm；

S2、将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层；

其中，含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料单层厚度为0.4±0.05mm

S3、在连续纤维增强树脂预浸料上喷射短切纤维以及基体树脂；

其中，短切纤维与基体树脂层厚度均为1.2±0.1mm，基体树脂的含量为喷射的短切纤维以及基体树脂整体含量的45±3 wt%，短切纤维的长度

~2倍镂空网格结构中网格的长度；

S4、在喷射的短切纤维以及基体树脂上再次铺层连续纤维增强树脂预浸料；

S5、对模具上的中间产品通过保温保压的方式进行固化；

S6、将固化定型复合电池箱上盖脱模。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，所述热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧乙烯基树脂中的一种或者几种。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，所述热固性树脂占总体积含量的40±3%。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层时，对应的铺层位置包括：复合电池箱上盖的顶面、立面和法兰面，且在两面连接的位置进行搭接补强。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，喷射短切纤维以及基体树脂包括：

在连续纤维增强树脂预浸料上对应的顶面、立面和法兰面位置，均匀地喷射短切纤维，然后向形成的短切纤维上喷涂基体树脂。

作为本发明的复合电池箱上盖的成型工艺的改进，所述步骤S5包括：

将铺层完成后的模具在压机上加热至120±5℃，压机加压80±5T；之后继续加热至150±5℃，压机压力加压至200±5T；合模后的模具间隙≤0.05mm，保压保温2~3min，产品固化度≥92%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以实现低成本的复合材料电池箱上盖结构设计与整体成型，采用的镂空网格的连续增强纤维材料与短切纤维增强复合材料混合制备预浸料，可以实现不同结构强度的需求以及复杂电池包上盖的铺层工艺。

针对复合材料上盖强度需求不同，镂空的网格长度不同，短切纤维的长度不同，实现灵活设计。

采用的镂空网格连续纤维增强树脂复合材料可以减少零件的制造周期，提高材料的利用率，降低了制造成本。

采用自动化的短切纤维喷射工艺，提高了生产效率以及材料利用率，消除了复杂结构对复合材料铺贴工艺的要求，降低了制造成本，为复合材料电池包的设计和制造提供多种选择。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复合电池箱上盖及其成型工艺中得到的含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料的结构示意图；

图2为复合材料上盖对应的顶面、立面、法兰、面面连接的搭接补强位置的结构示意图；

图3为在含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料上采用自动化方法喷射短切增强纤维的得到的复合结构的示意图；

图4为本发明复合电池箱上盖的层结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种复合电池箱上盖的成型工艺，该成型工艺包括如下步骤：

所述复合电池箱上盖的成型工艺包括如下步骤：

制备含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料；

将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层；

在连续纤维增强树脂预浸料上喷射短切纤维以及基体树脂；

在喷射的短切纤维以及基体树脂上再次铺层连续纤维增强树脂预浸料；

对模具上的中间产品通过保温保压的方式进行固化；

将固化定型复合电池箱上盖脱模。

下面结合一实施例对该成型工艺的技术方案进行举例说明。

本发明一实施例的复合电池箱上盖的成型工艺包括如下步骤：

S1、根据复合材料上盖结构和强度要求，设计电池箱上盖的铺层方案以及选择复合要求的原材料。

S2、根据设计方案制备含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料。

如图1所示，步骤S2中，含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料的制备步骤为：

S21、按照上盖的强度要求以及结构复杂程度，设计纤维宽度w和纤维之间网格长度d；将确定的纤维按照设计的网格长度在织布机上编织纤维织物；纤维种类包括：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等；

S22、将编织完成的连续增强纤维布与热固性树脂原料通过预浸料制备设备进行复合。该设备中，胶槽温度35±3℃，牵引速度2±0.1m/min，压辊间隙为0.4±0.05mm，得到镂空网格的连续纤维增强热固性树脂预浸料。

其中，热固性树脂包括：环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧乙烯基树脂等；所述热固性树脂占总体积含量为40±3%。

S3、按照设计要求将含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层，同时在铺层的含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料上喷射短切纤维和基体树脂。

如图2所示，步骤S3中，含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料整体铺层时，铺层位置包括复合材料上盖的顶面1、立面2和法兰3，在面面连接的位置4进行2倍厚度搭接补强，含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料单层厚度为0.4±0.05mm。

如图3所示，在含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料上采用自动化方法喷射短切增强纤维，均匀的喷射在对应的顶面、立面和法兰位置，在50±5℃条件下采用自动化方法在短切纤维层中喷涂热固性的基体树脂，保证树脂的含量为45±3 wt%；短切纤维与基体树脂层厚度均为1.2±0.1mm，短切纤维的长度

d~2d。短切纤维：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维等。其中，d为镂空网格结构中纤维之间的网格长度。

S4、在喷射的短切纤维以及基体树脂上再次铺层连续纤维增强树脂预浸料，如此形成“具有镂空网格的连续纤维增强热固性树脂复合材料层+中间短切纤维增强树脂复合材料层+具有镂空网格的连续纤维增强热固性树脂复合材料层”的复合结构。

S5、铺层完成后在压机上保温保压固化。

步骤S5中，将铺层完成后的模具在压机上加热至120±5℃，压机加压80±5T；之后继续加热至150±5℃，压机压力加压至200±5T；合模后的模具间隙≤0.05mm，保压保温2~3min，产品固化度≥92%。

S6、将产品脱模。

步骤S6中，将模具冷却≤60℃，用气枪向上盖与模具之间间隙充气，使得产品与模具分离。

S7、加工轮廓尺寸，得到所需电池箱上盖。

步骤S7中，在激光设备上按照产品三维尺寸，将产品采用激光加工孔与轮廓尺寸加工。其包括：

S71、首先将复合材料上盖毛坯固定在加工工装上；

S72、启动激光头，将激光束与加工面垂直；

S73、利用激光的高能瞬间烧蚀复合材料形成轮廓和孔；

S74、通过龙门电机和精密导轨带动激光头移动，实现整个电池上盖的加工。

其中，激光功率为18KW，加工速度为12mm/s，保护气体气压为0.02Mpa，得到本发明所述的电池箱上盖。

基于相同的技术构思，本发明还提供一种由上述成型工艺得到的复合电池箱上盖，其包括依次层叠设置的：

第一复合材料层、中间短切纤维增强树脂复合材料层、第二复合材料层。

下面结合另一实施例对该复合电池箱上盖的技术方案进行举例说明。

如图4所示，本实施例的复合电池箱上盖包括依次层叠设置的：第一复合材料层10、中间短切纤维增强树脂复合材料层20、第二复合材料层30。所述第一复合材料层10和第二复合材料层20均为具有镂空网格的连续纤维增强热固性树脂复合材料层。

其中，各层厚度为0.3mm，总的产品厚度为1.4mm，具有镂空网格的连续纤维增强热固性树脂复合材料层中树脂含量为40±3%；中间短切纤维增强树脂复合材料层中基体树脂含量为45±3 wt%。

综上所述，本发明可以实现低成本的复合材料电池箱上盖结构设计与整体成型，采用的镂空网格的连续增强纤维材料与短切纤维增强复合材料混合制备预浸料，可以实现不同结构强度的需求以及复杂电池包上盖的铺层工艺。

针对复合材料上盖强度需求不同，镂空的网格长度不同，短切纤维的长度不同，实现灵活设计。

采用的镂空网格连续纤维增强树脂复合材料可以减少零件的制造周期，提高材料的利用率，降低了制造成本。

采用自动化的短切纤维喷射工艺，提高了生产效率以及材料利用率，消除了复杂结构对复合材料铺贴工艺的要求，降低了制造成本，为复合材料电池包的设计和制造提供多种选择。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，所述复合电池箱上盖的成型工艺包括如下步骤：

S1、制备含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料，其包括：

设定纤维宽度和纤维之间网格长度，其中纤维宽度范围为4mm~10mm，网格长度和宽度范围均为20-50mm；

将纤维按照设定的纤维宽度和网格长度编织成连续增强纤维布；

将连续增强纤维布与热固性树脂原料通过预浸料制备设备进行复合，得到含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料，该预浸料制备设备中，胶槽温度35±3℃，牵引速度2±0.1m/min，压辊间隙为0.4±0.05mm；

S2、将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层；

其中，含镂空网格结构的连续纤维增强树脂预浸料单层厚度为0.4±0.05mm

S3、在连续纤维增强树脂预浸料上喷射短切纤维以及基体树脂；

其中，短切纤维与基体树脂层厚度均为1.2±0.1mm，基体树脂的含量为喷射的短切纤维以及基体树脂整体含量的45±3 wt%，短切纤维的长度

~2倍镂空网格结构中网格的长度；

S4、在喷射的短切纤维以及基体树脂上再次铺层连续纤维增强树脂预浸料；

S5、对模具上的中间产品通过保温保压的方式进行固化；

S6、将固化定型复合电池箱上盖脱模。

2.根据权利要求1所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或者几种。

3.根据权利要求1或2所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，所述热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧乙烯基树脂中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，所述热固性树脂占总体积含量的40±3%。

5.根据权利要求1所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，将得到的连续纤维增强树脂预浸料在模具上铺层时，对应的铺层位置包括：复合电池箱上盖的顶面、立面和法兰面，且在两面连接的位置进行搭接补强。

6.根据权利要求5所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，喷射短切纤维以及基体树脂包括：

在连续纤维增强树脂预浸料上对应的顶面、立面和法兰面位置，均匀地喷射短切纤维，然后向形成的短切纤维上喷涂基体树脂。

7.根据权利要求1所述的复合电池箱上盖的成型工艺，其特征在于，所述步骤S5包括：

将铺层完成后的模具在压机上加热至120±5℃，压机加压80±5T；之后继续加热至150±5℃，压机压力加压至200±5T；合模后的模具间隙≤0.05mm，保压保温2~3min，产品固化度≥92%。

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