CN113839136A - 电池箱、电动汽车、含聚脲和气凝胶的混合材料的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开电池箱、电动汽车、含聚脲和气凝胶的混合材料的应用。所述电池箱由下箱体和上盖密封组成，所述下箱体的外壁具有保护层，所述保护层为至少包含聚脲和气凝胶的混合材料制成。本发明中的电池箱具有极强的耐冲击、耐撞击性能。

Description

电池箱、电动汽车、含聚脲和气凝胶的混合材料的应用

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体涉及电池箱、电动汽车、含聚脲和气凝胶的混合材料的应用。

背景技术

随着社会发展以及科技进步，电动汽车越来越受到消费者的欢迎，电池箱作为电动汽车的动力源，延长其使用寿命很有必要。然而在使用汽车的过程中，电池箱很容易受到外力撞击而造成外壳损坏，进而使得内部的极板机械性损伤或者造成电池内部短路导致进一步的安全隐患。简言之，因为电池箱的外壁受到撞击而损坏电池箱是电池箱使用寿命缩短的重要原因之一。现有技术中尚未出现提高电池箱机械强度的手段或者方法，因此亟待提供一种不易或者不会被外力破坏的电池箱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为克服现有技术中存在的电池包不耐撞击、冲击的缺陷，提供电池箱、电动汽车、含聚脲和气凝胶的混合材料的应用，其中所述电池箱特别是一种其下箱体的外壁涂有保护层的电池箱。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明的技术方案之一为：一种电池箱，所述电池箱由下箱体和上盖密封组成，所述下箱体的外壁具有保护层，所述保护层为至少包含聚脲和气凝胶的混合材料制成。

本发明中所述的混合材料除包含聚脲和气凝胶之外，还可包含其他的辅料。例如其他能够增强混合材料在应用过程中强度或者硬度的成分，如丙烯酸聚氨酯、聚酯聚氨酯等聚氨酯；或者能够提高相容性的成分，例如相容剂。其能够提高气凝胶与高分子材料之间的表面作用力，以提高综合性能。还可包含用于消除生产和施工过程中的气泡的消泡剂(如磷酸三丁酯、硅油类等)，以及用于降低混合材料表面的张力的流平剂(如硅烷偶联剂、聚丙烯酸类等)等。

本发明中当所述混合材料还含有辅料时，所述聚脲和所述气凝胶占所述混合材料的绝大部分，例如50％以上、55％以上、60％以上、65％以上、70％以上、75％以上、80％以上、85％以上、90％以上、95％以上等。

本发明中所述保护层与所述下箱体的外壁紧密结合，可通过各种本领域人员熟知的方式使所述混合材料与所述下箱体的外壁结合从而形成保护层，例如可通过涂覆的方式。

本发明中的所述下箱体可为本领域常规。

较佳地，所述下箱体还包括加强筋，所述加强筋设置在所述下箱体上并且与所述下箱体一体注塑成型。

在本发明中，加强筋用于加强下箱体的强度，解决了复合材料的下箱体强度不够的问题，提高了电池箱整体的刚性，满足了电池箱的使用要求。

较佳地，所述下箱体还包括壳体，所述下箱体设置在所述壳体的内壁上。

在本发明中，壳体用于加强下箱体的强度，使下箱体能够更稳定地承载电池组件。

较佳地，所述下箱体包括外层箱体和内层箱体，所述外层箱体和所述内层箱体之间压接有气凝胶层。

在本发明中，下箱体采用多层箱体的结构，能够加强下箱体的强度，气凝胶层起到隔热作用，能够减少由箱体内部散发至外界的热量，保证箱体内部的温度。

较佳地，所述下箱体的内底面具有栅格结构，所述栅格结构形成多个电池组件的容纳空间。

在本发明中，将多个电池组件分别安装在栅格结构内，便于电池组件的安装定位，提高了安装精度。而且，栅格结构通过多个栅格条交叉形成，这些栅格条相当于在下箱体上增设了加强筋，进一步提高了下箱体以及电池箱整体的强度。另外，由于栅格结构具有一定的厚度，使得电池组件之间形成一定的间隙且间隙相同，便于电池组件的热量的散发，避免了电池组件过热而影响电池组件的使用性能和使用寿命。

较佳地，所述下箱体内还具有导热胶，所述导热胶形成于所述下箱体与电池组件之间的空间。

在本发明中，通过在内胆内设置导热胶，使电池箱的内部空间的温度更加均匀；特别是易产生局部高温的电池组件附近的区域，通过导热胶可以将该区域的温度传递至其他区域，使电池箱内部的温度保持均匀。

较佳地，所述电池箱还包括调温件，所述调温件放置于所述下箱体内，所述调温件用于对下箱体内的温度变化进行调整。

在本发明中，调温件能够根据内胆内的内部温度进行吸热或放热，以此对电池箱内的温度变化进行调整，从而能够将电池箱的内部的温度控制在适宜的范围之内，使电池箱的效率最大化。

本发明中，所述气凝胶占所述聚脲的质量百分比可为本领域常规。较佳地为5-10％。

本发明中所用气凝胶可为本领域中常用的气凝胶。较佳地选自氧化硅气凝胶、氧化钛气凝胶、碳纳米管气凝胶、石墨烯气凝胶中的至少一种。

本发明中所述聚脲可为本领域中用于涂料制备的常规聚脲，例如可选自芳香族聚脲、脂肪族聚脲和天门冬氨酸酯聚脲中的至少一种。

在本发明中的所述保护层的厚度可为本领域常规，为兼顾对电池箱的保护力度以及成本，所述保护层的厚度较佳地为100～150μm。

本发明的技术方案之二为：一种电动汽车，所述电动汽车包括如上所述的电池箱。

本发明中所述电动汽车的底盘可为本领域常规。较佳地，在所述电动汽车的底盘上也具有所述保护层。

在所述电动汽车的底盘上具有的所述保护层的厚度也较佳地为100～150μm。

本发明的技术方案之三为：一种包含聚脲和气凝胶的混合材料在汽车底板或者电池包外壳上的喷涂材料中的应用。

对于该技术方案中的所述气凝胶、所述聚脲、两者的相对用量等的进一步优选限定如上所述。

较佳地，所述的喷涂材料在所述的汽车底板或者所述的电池包外壳上的喷涂厚度为100～150μm。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中的电池箱具有极强的耐冲击、耐撞击性能。

附图说明

图1为电池箱的壳体的结构示意图。

图2为实施例3的电池箱的结构示意图。

图3为实施例5的电池箱的结构示意图。

图4为图2所示的电池箱的下箱体的内胆的结构示意图。

图5为本发明实施例7的电池箱的内部结构示意图。

图6为图5所示的电池箱的隐去电芯的内部结构示意图。

图7为本发明实施例8的电池箱的内部结构示意图。

附图标记说明：

上盖1

下箱体2

加强筋3

安装条5

导向机构6

锁轴7

电连接器8

电芯9

调温件10

凸起11

内层箱体12

气凝胶层13

外层箱体14

壳体21

内胆22

栅格结构24

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1混合材料的制备以及保护层的形成

将质量比为7％的氧化硅气凝胶和芳香族聚脲混合均匀，制得混合材料。

将制得的混合材料均匀喷涂于以下任一实施例中的下箱体的外壁，使其厚度达到125nm。

实施例2混合材料的制备以及保护层的形成

将15重量份的氧化钛气凝胶、75重量份的天门冬氨酸酯聚脲以及2重量份的磷酸三丁酯、2重量份的硅烷偶联剂以及6重量份的聚酯聚氨酯均匀混合，制得混合材料。

将制得的混合材料均匀喷涂于以下任一实施例中的下箱体的外壁，使其厚度达到100nm。

实施例3

本实施例提供了一种电池箱，该电池箱应用于电动汽车领域，为电动汽车提供动力。电池箱包括外部的箱体和设置在箱体内部的用于存储电力的电池组件，电池箱还包括设置于箱体的周面的用于电池箱安装、移动的部件，以及电池箱与电动汽车或充电站电连接的电连接器。

电池箱的结构如图2(保护层在图中未示出)所示。该实施例中电池箱的箱体包括上盖1和下箱体2，上盖1盖在下箱体2上形成内部空间，电池组件放置于该内部空间内，并通过粘合剂固定在下箱体的内表面上。用于电池组件与下箱体固定的粘合剂属于本领域的现有技术，在此不做赘述。

在下箱体2的外部还设置有壳体21，下箱体2设置在壳体21的内壁上，壳体21可以增强下箱体2的强度，弥补由复合材料制成的下箱体2的强度不高的问题，使箱体的整体强度能满足实际需求。壳体21可以为金属材质，比如铝、钢等。当壳体21为钢时，壳体21可通过冲压的方式成型；当壳体21为铝时，壳体21可通过铝型材焊接或铝浇注的方式成型。

如图1所示，箱体还包括加强筋3，加强筋3设置于壳体21上。通过加强筋3，可以增强壳体21的强度，从而增强箱体的整体强度。

其中，加强筋3可以与壳体21一体成型。当壳体21、加强筋3均为钢时，壳体21、加强筋3可通过冲压的方式一体成型；当壳体21、加强筋3为铝时，壳体21、加强筋3可通过铝型材焊接或铝浇注的方式成型。

上述箱体的一种制作方法，包括以下步骤：

S11、将粘合剂涂抹于壳体的内表面；

S12、将下箱体放置于壳体内，使下箱体的外表面与壳体的内表面相粘合。

当壳体与加强筋一体成型时，下箱体的外底面也会注塑出与加强筋相对应的凹槽。当将壳体与下箱体相粘合时，加强筋与下箱体的凹槽相对应。

除上述制作方法以外，箱体还可以使用以下制作方法，该制作方法包括以下步骤：

S21、将壳体放入注塑模具中，壳体与注塑模具之间形成的型腔的形状与下箱体的形状相对应；

S22、向型腔内加入复合材料的原材料并进行注塑成型，从而使壳体与下箱体直接形成一体。

通过这种制作方法，不再需要将壳体与下箱体粘合，仅需要注塑成型一道工艺，即可完成箱体下部的制作。

在其他实施例中，还可存在如下情况：

加强筋与壳体分为两个部分。加强筋与下箱体一体成型，对应的箱体的制作方法，包括以下步骤：

S31、将加强筋放入注塑模具中，注塑模具的内腔与加强筋形成的型腔的形状与下箱体的形状相对应；

S32、在注塑模具的内腔中加入复合材料的原材料，并进行注塑成型形成下箱体。

通过上述制作方法，先将下箱体与加强筋注塑成一体，再将粘合剂涂抹于壳体的内表面；最后将具有加强筋的下箱体放置于壳体内，使下箱体的外表面与壳体的内表面相粘合。

此外：

电池箱的电池组件可以为若干个单独设置的电池芯，由下箱体的内底面的栅格结构形成的容纳空间与单个电池芯的形状相配合。通过将电池芯单独放置，使相邻的电池芯之间都具有间隙，令每个电池芯都具有散热空间，可改善电池箱内的多个电池芯的散热效果。

实施例4

本实施中的电池箱的结构与实施例3基本相同，其不同之处在于：

如图2所示，电池箱还包括外框4和底护板5，加强筋3设置于下箱体2上，外框4套在下箱体2的外周面上，外框4与下箱体2的外周面相固定，底护板5与外框4相固定，下箱体2位于底护板5与外框3围成的空间内，下箱体2的外底面与底护板5的表面相对设置。

其中，底护板与下箱体的外底面之间填充有发泡材料，发泡材料的质量轻，可充实电池箱的底部，解决了复合材料的下箱体强度不够的问题，提高了电池箱整体的刚性，满足了电池箱的使用要求。

加强筋与下箱体一体注塑成型，包括以下步骤：

S41、将加强筋放入注塑模具中，注塑模具的内腔与加强筋形成的型腔的形状与下箱体的形状相对应；

S42、在注塑模具的内腔中加入复合材料的原材料，并进行注塑成型形成下箱体。

加强筋与下箱体一体注塑成型之后，电池箱的制备方法还包括以下步骤：

S43、将外框套在下箱体的外周面上，外框与下箱体的外周面通过胶水相粘结；

S44、将底护板的表面与下箱体的外底面相对设置，底护板与外框通过螺栓相固定，下箱体位于底护板与外框围成的空间内，底护板与下箱体的外底面之间的间隙填充有发泡材料。

除上述制备方法以外，还可以使用以下制备方法，包括以下步骤：

S51、将加强筋、外框、底护板放入注塑模具中，注塑模具的内腔、加强筋、外框、底护板形成的型腔的形状与下箱体的形状相对应；

S52、在注塑模具的内腔中加入复合材料的原材料，并进行注塑成型形成下箱体，加强筋位于下箱体内，外框、底护板与下箱体成一体。

通过上述制备方法，可以使下箱体、加强筋、外框和底护板直接形成一体，不再需要进行进一步的组装。

外框和底护板可以为金属材质，比如铝、钢等。当外框、底护板为钢时，外框、底护板可通过冲压的方式成型；当外框、底护板为铝时，外框、底护板可通过铝型材焊接或铝浇注的方式成型。

在其他的实施例中，只需要满足电池箱的强度需求，也可以不设置外框和底护板，单独使用复合材料制成的下箱体。另外，也可以不设置外框，只设置底护板，底护板的表面与下箱体的外底面相贴合并固定。外框和底护板，是为了弥补复合材料的下箱体的强度不高的问题，因此可根据电池箱的强度需求灵活选择是否需要设置外框和底护板。

安装条可固定在外框上。在其他的实施例中，若下箱体的外周面不设置外框，安装条也可以直接固定在下箱体的外周面上。

实施例5

本实施例的电池箱的结构和实施例3基本相同，其不同之处在于：

如图3(保护层在图中未示出)所示，本实施例中的下箱体为多层结构，下箱体包括外层箱体和内层箱体，外层箱体用于形成下箱体的外表面，内层箱体用于形成下箱体的内表面，外层箱体和内层箱体之间还压接有气凝胶层。多层结构的下箱体相比于单层结构的下箱体而言，强度更高，保温性能更好，而且气凝胶层能够起到更好的保温隔热防火作用，进一步减少由箱体内部散发至外界的热量，保证箱体内部的温度。

本实施例中的气凝胶层是由气凝胶毡制成的，气凝胶层的两侧可以通过粘合剂分别与外层箱体和内层箱体固定。用于固定外层箱体、气凝胶层和内层箱体的粘合剂属于本领域的现有技术，在此不做赘述。在三者连接固定之后，可以再通过压紧工艺将三者进一步压紧，提高三者连接的牢固性，保证下箱体的稳定性。

在其他可替代的实施方式中，气凝胶层也可以由其他结构的气凝胶材料制成，例如在外层箱体和内层箱体之间填充液态的气凝胶，在填充完成之后，将气凝胶固化处理，并压紧外层箱体、气凝胶层和内层箱体。

当采用本实施例中的下箱体时，可以不另外设置下保温层，节省安装下保温层的时间，提高安装效率。若对电池箱的保温性能要求更高，也可以在外层箱体的外表面，即下箱体的外表面再设置一层下保温层。

由于电池组件是安装固定在下箱体上，因此为了能够使下箱体更稳定地承载电池组件，可以在下箱体的外侧再设置一个金属壳体，将下箱体设置在壳体的内部上，以此来起到加强下箱体强度的作用。

以下实施例以双层电池箱为例进行说明。

实施例6

电池箱组装时，当内胆22内的电池组件及其他部件安装好后，可以在内胆22内灌入导热胶，导热胶形成于内胆22与电池组件之间的空间。待导热胶固化后，再盖上上盖1。通过在内胆22内设置导热胶，使电池箱的内部空间的温度更加均匀；特别是易产生局部高温的电池组件附近的区域，通过导热胶可以将该区域的温度传递至其他区域，使电池箱内部的温度保持均匀。

如图4所示，内胆22的内底面具有栅格结构24，栅格结构24形成多个电池组件的容纳空间。将多个电池组件分别安装在栅格结构24内，便于电池组件的安装定位，提高安装精度。而且，栅格结构24的栅格条相当于内胆22上增设的加强筋，进一步增强了内胆22的强度。由于栅格结构24具有一定的厚度，使得电池组件之间形成一定的间隙，便于电池组件的热量的散发，避免了电池组件过热而影响电池组件的使用性能和使用寿命。电池组件可以为多个电芯组成的电池模组，在电池箱安装过程中，先将多个电芯组成电池模组，再将电池模组放入栅格结构24中。需安装的电池模组的数量较少，可以简化电池箱的安装过程，安装方式简单快速。

实施例7

实施例7的大部分结构与实施例6相同，不同之处在于：

如图5至图6(保护层在这两幅图中均没有示出)所示，电池箱的电池组件可以为若干个单独设置的电芯9，内胆22的内底面的栅格结构24形成的容纳空间与单个电芯9的形状相配合。对应的，栅格结构24的复数个容纳空间由多个栅格条交叉形成，这些栅格条相当于内胆22上的加强筋，进一步加强了内胆22以及电池箱整体的强度。通过将电芯9单独放置，便于每个电芯9的安装定位，提高安装精度；而且，这种方式无需将电芯形成模组的中间过程，装配过程简化；而且，去除了形成模组所必须的组件，相对减轻了电池箱的重量。栅格结构24使相邻的电芯9之间都具有相同的间隙，保证导热胶灌封的一致性，令每个电芯9都具有散热空间，可改善电池箱内的多个电芯9的散热效果，保证散热性。

实施例8

实施例8的大部分结构与实施例6相同，不同之处在于：

如图7(保护层在该图中没有示出)所示，电池箱还包括调温件10，调温件10放置于内胆22内，调温件10用于对内胆22内的温度变化进行调整。调温件10能够根据内胆22内的内部温度进行吸热或放热，以此对电池箱内的温度变化进行调整，从而能够将电池箱的内部的温度控制在适宜的范围之内，使电池箱的效率最大化。

其中，调温件10最好均匀设置在内胆22的内部，使电池箱内的各个部分都能够通过调温件10来吸热放热，以此来保证电池箱内部的热量平均。

调温件10为相变材料或相变材料与气凝胶的混合物。相变材料可用于吸收和释放热量的物质，容易获取，制造成本低。

根据电芯和电池箱的规格，可以计算出大致需要的相变材料的质量，从而合理分配调温件10的数量和布局，提高制造效率。具体而言，相变材料的质量的计算公式为C_平mΔT＝kI²Rt+m_相H_相，其中，C_平为系统平均比热容[kJ/(kg·K)]，m为系统总质量(kg)，ΔT为系统变化温度(K)，k为修正参数，I为系统工作电流(A)，R为电池组件总电阻(MΩ)，t为系统工作时间(h)，m_相为相变材料的质量(kg)，H_相为相变潜热(kJ/kg)。

将实施例7和8的电池箱使用重物进行撞击后，电池箱的外壳除轻微摩擦外没有其他损伤。

Claims (15)

1.一种电池箱，所述电池箱由下箱体和上盖密封组成，其特征在于：所述下箱体的外壁具有保护层，所述保护层为至少包含聚脲和气凝胶的混合材料制成。

2.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述下箱体还包括加强筋，所述加强筋设置在所述下箱体上并且与所述下箱体一体注塑成型。

3.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述下箱体还包括壳体，所述下箱体设置在所述壳体的内壁上。

4.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述下箱体包括外层箱体和内层箱体，所述外层箱体和所述内层箱体之间压接有气凝胶层。

5.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述下箱体的内底面具有栅格结构，所述栅格结构形成多个电池组件的容纳空间。

6.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述下箱体内还具有导热胶，所述导热胶形成于所述下箱体与电池组件之间的空间。

7.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述电池箱还包括调温件，所述调温件放置于所述下箱体内，所述调温件用于对下箱体内的温度变化进行调整。

8.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述气凝胶占所述聚脲的质量百分比为5-10％；

和/或，所述气凝胶选自氧化硅气凝胶、氧化钛气凝胶、碳纳米管气凝胶、石墨烯气凝胶中的至少一种；

和/或，所述聚脲选自芳香族聚脲、脂肪族聚脲和天门冬氨酸酯聚脲中的至少一种。

9.如权利要求1所述的电池箱，其特征在于：所述保护层的厚度为100～150μm。

10.一种电动汽车，其特征在于：所述电动汽车包括如权利要求1～9任一项所述的电池箱。

11.如权利要求10所述的电动汽车，其特征在于：在所述电动汽车的底盘上也具有所述保护层。

12.如权利要求11所述的电动汽车，其特征在于：在所述电动汽车的底盘上具有的所述保护层的厚度为100～150μm。

13.一种包含聚脲和气凝胶的混合材料在汽车底板或者电池包外壳上的喷涂材料中的应用。

14.如权利要求13所述的应用，其特征在于：所述气凝胶选自氧化硅气凝胶、氧化钛气凝胶、碳纳米管气凝胶、石墨烯气凝胶中的至少一种或多种；

和/或，所述聚脲选自芳香族聚脲、脂肪族聚脲和天门冬氨酸酯聚脲中的至少一种。

15.如权利要求13所述的应用，其特征在于，所述气凝胶占所述聚脲的质量百分比为5-10％；

和/或，所述的喷涂材料在所述的汽车底板或者所述的电池包外壳上的喷涂厚度为100～150μm。

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