CN112689925A - 复合电磁屏蔽板、包括这种复合电磁屏蔽板的电池封套以及这种复合电磁屏蔽板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合电磁屏蔽板、包括这种复合电磁屏蔽板的电池封套以及这种复合电磁屏蔽板的制造方法。这种复合电磁屏蔽板(14)包括介电材料基板(20)和附着在所述基板(20)上的导电层(22)。导电层(22)是通过模内涂覆沉积在基板(20)上的，并且包括嵌入到树脂基体(32)中的导电填料(30)。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合电磁屏蔽板，通常包括介电材料基板和附着在所述基板上的导电层。
本发明还涉及包括这种屏蔽板的电池封套。
本发明还涉及这种屏蔽板和这种电池封套的制造方法。
背景技术
已知机动车辆配备有电机以及为这些电机供电的电池。通常，由这类电池向电机提供的电流采用高频开关转换器来封装，以使电流的电压与电机的电源电压相匹配。但是，这种转换器会造成电机供电线缆中极快的电流变化，被称为前沿电流，这些电缆和电池会产生可能干扰周围电子设备运行的电场和电磁场。
为了解决这个问题，已知在电池及其配电总线周围设置导电的电池封套，并且将每条电缆屏蔽在电池封套之外。
但是，现有的电池封套制造方法并不完全令人满意。
实际上，为了使电池封套具有电磁屏蔽的特性，最常用的方案是制造这些金属封套。但是，这种方案并不令人满意，因为它会使车辆更重。
一种可选方案在于，用塑料材料来制造封套的至少一部分，并且通过在其上施用铝箔或者通过将导电材料喷涂到封套的所述部分上，从而屏蔽封套的这一部分。使该壳体导电的事实使其具有这种屏蔽特性。与第一种方案相比，这种方案在重量上具有明显优势。然而，该封套要复杂得多并且制造成本昂贵。
发明内容
因此，本发明的目的还是能够制造轻便且易于制造的电磁屏蔽部件。另一个目的是使这些屏蔽部件具有低廉的成本。
为此，本发明的目的是一种上述类型的复合电磁屏蔽板，其中导电层是通过模内涂覆沉积在基板上的，该导电层包括嵌入到树脂基体中的导电填料。
根据本发明具体实施方式，该复合电磁屏蔽板还包括下述特征中的一项或多项，它们可以单独采用或进行任何可行技术组合：
-导电填料包括碳纳米管，具体地包括单壁碳纳米管；
-导电层中导电填料的浓度小于导电层总重量的1.5％，优选小于重量的0.5％，具体为重量的0.01％到0.1％；
-树脂基体由无溶剂树脂构成，所述无溶剂树脂主要由通过苯乙烯单体交联的不饱和酯构成，所述苯乙烯单体与或不与二环戊二烯结合，所述不饱和酯优选地选自：聚酯、乙烯基酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯；
-导电层的厚度小于500μm，优选50到250μm之间，具体地在80到150μm之间；
-基板的厚度大于0.5mm，优选小于15mm，甚至更优选地在1到5mm之间；
-导电层的表面电阻率小于20Ω/□，优选小于10Ω/□，甚至更优选地小于或等于5Ω/□。
本发明的目的还是一种包括至少一个如上所述复合电磁屏蔽板的电池封套。
本发明的另一个目的是一种复合电磁屏蔽板的制造方法，包括以下步骤：
-在模具中制造介电材料基板，
-用涂覆材料对所述基板进行模内涂覆，从而形成附着在基板上的导电层，所述涂覆材料包括嵌入树脂基体中的导电填料。
根据本发明具体实施方式，该制造方法还包括下述特征中的一项或多项，它们可以单独采用或进行任何可行技术组合：
-基板的模内涂覆是通过高压注塑模内涂覆法来实现的。
-导电填料包括碳纳米管，具体地包括单壁碳纳米管；
-涂覆材料中导电填料的浓度小于涂覆材料总重量的1.5％，优选小于重量的0.5％，具体为重量的0.01％到0.1％；
-树脂基体由无溶剂树脂构成，所述无溶剂树脂主要由通过苯乙烯单体交联的不饱和酯构成，所述苯乙烯单体与或不与二环戊二烯结合，所述不饱和酯优选地选自：聚酯、乙烯基酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯；
-所得复合电磁屏蔽板由如上所述的复合电磁屏蔽板构成。
最后，本发明的目的是一种电池封套的制造方法，包括以下步骤：
-通过如上所述方法制造至少一个复合电磁屏蔽板，
-将此法制造的复合电磁屏蔽板与至少一个其他板件组装成电池封套。
附图说明
下面通过仅作为示例的实施例并结合附图来阐述本发明的其他特征及优点，其中所述附图为：
-图1为根据本发明的第一实施例的电池封套的剖视图，
-图2为根据本发明的第二实施例的电池封套的剖视图，
-图3为图1中标有II的细节图，
-图4为图1中封套制造方法的第一步骤的示意图，
-图5为图1中封套制造方法的第二步骤的示意图，
-图6为图1中封套制造方法的第三步骤的示意图。
具体实施方式
图1所示的电池封套10包括多个壁板12，它们一起围绕电池16，形成围绕所述电池16的封闭壳体。该电池封套10通常装载到机动车辆(未示出)上，电池16与该机动车辆的电机(未示出)电连接，以便向其供应电能。
每个壁板12能够成为电磁波屏障并因此构成电磁屏蔽板。另外，壁板12彼此相连，以确保壁板12之间的电连续性，使得电池封套10构成围绕电池16的法拉第笼。为此，壁板12用导电材料制成的销钉18彼此连接。
在所示示例中，壁板12的数量为两个，每个壁板12均为半壳形。
壁板12包括至少一个复合电磁屏蔽板14。
参照图3，这种复合电磁屏蔽板14包括介电材料基板20和附着在所述基板20上的导电层22。
介电材料基板20的厚度e1大于0.5mm，优选小于15mm，甚至更优选地在1到5mm之间。
介电材料基板20由复合材料制成，其中包括嵌入到树脂基体(未示出)中的材料纤维(未示出)。具体地，在所示示例中，介电材料基板20是由多个重叠且彼此粘合的复合材料层24、26、28形成的，复合材料层24、26、28中每一层的材料优选地与复合材料层24、26、28中其他每层的材料相同，并且包括嵌入到树脂基体(未示出)中的材料纤维(未示出)。
组成复合材料层24、26、28的每一层并因此构成基板20材料纤维的材料纤维优选地包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维或大分子量聚丙烯纤维(常用缩写HMPP“高模量聚丙烯”)，并且有利地由此类纤维构成。作为改型，组成复合材料层24、26、28的每一层并因此构成基板20材料纤维的材料纤维包括生物来源的纤维，例如亚麻或大麻纤维，并且有利地由此类纤维构成。
组成复合材料层24、26、28的每一层并因此构成基板20树脂基体的树脂基体优选地包括聚酯树脂，并且有利地由此类树脂构成。作为改型，组成复合材料层24、26、28的每一层并因此构成基板20树脂基体的树脂基体优选地包括乙烯基酯树脂或丙烯酸树脂，并且通常由此类树脂构成。
此处复合材料层24、26、28的数量为三个。作为改型，复合材料层24、26、28的数量为两个，或者它们的数量远大于三个。还是作为改型，基板20可以由单一层构成。
导电层22的厚度e2小于500μm，优选50到250μm之间，具体地在80到150μm之间。其表面电阻率小于20Ω/□，优选小于10Ω/□，甚至更优选地小于或等于5Ω/□。
导电层22是通过模内涂覆(常用英文名“In-Mould Coating”或对应缩写IMD)沉积在介电材料基板20上的。
具体地，导电层22和介电材料基板20形成共聚。
导电层22包括嵌入到树脂基体32中的导电填料30。
导电填料30包括碳纳米管，具体地包括单壁碳纳米管，常用缩写SWCNT(英文名“Single Wall Carbone Nanotube”)。优选地，导电填料30由这些碳纳米管构成。
碳纳米管的直径长度比为例如1/50000到1/40000。
导电层22中导电填料30的浓度小于导电层22总重量的1.5％，优选小于重量的0.5％，具体为重量的0.01％到0.01％。
树脂基体32由无溶剂树脂构成，所述无溶剂树脂主要由通过苯乙烯单体交联的不饱和酯构成，所述苯乙烯单体与或不与二环戊二烯结合。这些不饱和酯优选地选自：聚酯、乙烯基酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
在图1的改型中，单个板件12由这种复合电磁屏蔽板14构成，另一板件12由金属板形成。在图2的改型中，每个板件12由这种复合电磁屏蔽板14构成，因此销钉18被设置成将所述复合电磁屏蔽板14的导电层22彼此电连接。
下面将参照图4至图6来描述电池封套10的制造方法。
该方法包括制造电池封套10金属板12的第一步骤(未示出)，制造复合电磁屏蔽板14的第二步骤，以及板件12、14彼此组装以形成电池封套10的第三步骤(未示出)。
制造金属板12的步骤是通过电磁屏蔽金属板的常规制造方法来实现的。
制造复合电磁屏蔽板14的步骤是与制造金属板12的步骤同时进行的。
制造复合电磁屏蔽板14的步骤包括在模具40中制造介电材料基板20，以及利用涂覆材料42对所述基板20进行模内涂覆，从而形成附着在介电材料基板20上的导电层22。
介电材料基板20的模内涂覆具体地是通过高压注塑模内涂覆法来实现的，常用缩写IMC HPIP(来自英文“In-Mould Coating High Pressure Injection Process”)。
为此，如图4所示，制造复合电磁屏蔽板14的步骤包括第一分步骤，即使片状模塑料44(常用英文名“Sheet Moulding Compound”或对应缩写SMC)在模具40中沉积，所述模具40的工作温度通常在140到150℃之间。
每种片状模塑料44均包括嵌入到树脂基体(未示出)中的材料纤维(未示出)。
组成片状模塑料44的材料纤维优选地包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维或大分子量聚丙烯纤维(常用缩写HMPP“高模量聚丙烯”)，并且有利地由此类纤维构成。作为改型，组成复合材料层24、26、28的每一层并因此构成基板20材料纤维的材料纤维包括生物来源的纤维，例如亚麻或大麻纤维，并且有利地由此类纤维构成。
组成片状模塑料44的树脂基体优选地包括聚酯树脂，并且有利地由此类树脂构成。作为改型，组成片状模塑料44的树脂基体包括乙烯基酯树脂或丙烯酸树脂，并且通常由此类树脂构成。
该第一分步骤之后是如图5所示的第二分步骤，即压缩片状模塑料44。在该步骤中，将模具40封闭，并且对片状模塑料44施加通常在80到100bar之间的高压。在该压力的作用下，片状模塑料44融化并且具有模具40的形状，从而制造出介电材料基板20。
片状模塑料44的数量和厚度优选地能够使介电材料基板20的厚度e1大于0.5mm，优选小于15mm，甚至更优选地在1到5mm之间。这优选地在将片状模塑料44插入模具40之前进行控制，通常是对片状模塑料44称重并将所得重量与设定重量进行比较来实现的，所述设定重量由去除毛刺以及可能出现的切口的精加工件重量构成。
因此该压力的保持时间小于或等于组成片状模塑料44的树脂基体凝固时间。
该第二分步骤之后是如图6所示的第三分步骤，即介电材料基板20的模内涂覆。在该第三分步骤过程中，减小由模具40施加的压力，所述模具40保持闭合，并且在高压下将涂覆材料42注入介电材料基板20和模具40壁板46之间。因此模具40压力保持在40到50bar之间，注入压力在200到400bar之间。在该压力的作用下，涂覆材料42分布在介电材料基板20和模具40壁板46之间的空间内，从而形成导电层22。
涂覆材料42的注入有利地被定量成可以使导电层22的厚度e2小于500μm，优选50到250μm之间，具体地在80到150μm之间。
涂覆材料42包括嵌入到树脂基体中的导电填料。
导电填料优选地包括碳纳米管，具体地包括单壁碳纳米管，常用缩写SWCNT(英文名“Single Wall Carbone Nanotube”)。有利地，导电填料由这些碳纳米管构成。
碳纳米管的直径长度比为例如1/50000到1/40000。
涂覆材料42中导电填料的浓度小于涂覆材料42总重量的1.5％，优选小于重量的0.5％，具体为重量的0.01％到0.01％。
树脂基体由无溶剂树脂构成，所述无溶剂树脂主要由通过苯乙烯单体交联的不饱和酯构成，所述苯乙烯单体与或不与二环戊二烯结合。这些不饱和酯优选地选自：聚酯、乙烯基酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
停止注入涂覆材料42之后，至少在组成涂覆材料42的树脂基体聚合所需要时间内，模具40保持该状态。
具体地，该分步骤结束时，导电层22和介电材料基板20形成共聚。
第三分步骤之后是第四分步骤，即打开模具40并且取出因此形成的复合电磁屏蔽板14。
利用上述发明获得了无孔复合电磁屏蔽板14，其具有良好的表面状态，并且仅需一次操作就可在基板20和导电层22之间形成非常坚固的化学键。所以电池封套10的制造非常快速且容易。因此，可以用较低的成本减轻电池封套10的重量。
复合电磁屏蔽板14的这种较小尺寸通过碳纳米管的极低密度和导电层22的极薄厚度e2而得到强化，其中有必要在导电层22中掺入碳纳米管以获得预期的电磁屏蔽效果。
另外，涂覆材料42中碳纳米管的低密度对涂覆材料42的粘度几乎没有影响，这样可以使其良好地分布在模具40中并且使得导电层22的厚度e2因此而相对均匀。
Claims (12)
1.一种复合电磁屏蔽板(14)，所述复合电磁屏蔽板(14)包括介电材料基板(20)和附着在所述基板(20)上的导电层(22)，其特征在于，所述导电层(22)是通过模内涂覆沉积在所述基板(20)上的，所述导电层(22)包括嵌入到树脂基体(32)中的导电填料(30)。
2.根据权利要求1所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述导电填料(30)包括碳纳米管，具体地包括单壁碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述导电层(22)中导电填料(30)的浓度小于所述导电层(22)总重量的1.5％，优选小于重量的0.5％，具体为重量的0.1％到0.01％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述树脂基体(32)由无溶剂树脂构成，所述无溶剂树脂主要由通过苯乙烯单体交联的不饱和酯构成，所述苯乙烯单体与或不与二环戊二烯结合，所述不饱和酯优选地选自：聚酯、乙烯基酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
5.根据前述权利要求中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述导电层(22)的厚度(e2)小于500μm，优选50到250μm之间，具体地在80到150μm之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述基板(20)的厚度(e1)大于0.5mm，优选小于15mm，甚至更优选地在1到5mm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)，其中所述导电层(22)的表面电阻率小于20Ω/□，优选小于10Ω/□，甚至更优选地小于或等于5Ω/□。
8.一种电池封套(10)，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)。
9.一种复合电磁屏蔽板(14)的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
-在模具(40)中制造介电材料基板(20)，
-用涂覆材料(42)对所述基板(20)进行模内涂覆，从而形成附着在所述基板(20)上的导电层(22)，所述涂覆材料(42)包括嵌入树脂基体中的导电填料。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中所述基板(20)的模内涂覆是通过高压注塑模内涂覆法来实现的。
11.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中所得的所述复合电磁屏蔽板(14)由根据权利要求1至7中任一项所述的复合电磁屏蔽板(14)构成。
12.一种电池封套(10)的制造方法，包括以下步骤：
-通过权利要求9至11中任一项所述的方法，制造至少一个复合电磁屏蔽板(14)，
-将因此制造的所述复合电磁屏蔽板(14)与至少一个其他板件(12)组装成所述电池封套(10)。
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