CN113871785A - 一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，箱盖包括电磁屏蔽层、上纤维毡层、上表面毡层、下表面毡层和下纤维毡层，其中：上表面毡层、上纤维毡层、电磁屏蔽层、下纤维毡层和下表面毡层从上到下依次铺设。本发明中，所提出的动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，在保证一样的厚度，重量，强度，价格等因素下，由于箱盖有了电磁屏蔽层，在和箱体结合后(由于要承重，目前箱体都是金属件)，天然形成法拉第笼效应，进一步提高整个电池系统的EMC能力，即使BMS的防电磁干扰失效后，整个系统依然可以满足要求正常运行，同时防火层的加入，也能进一步提高箱盖耐火能力，满足越来越苛刻的热扩展防护要求。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池安装设备技术领域，尤其涉及一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法。
背景技术
随着GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准发布，国家对动力电池系统的安全性要求越来越高，其中要求热失控发生后有告警信号，给乘车人员5分钟逃离时间的规定，主机厂往往等效要求为在热失控发生，5min热扩展期间，整个电池系统外壳(包含箱体箱盖等一切外观件)不破裂，不能见明显火光，而且往往加长时间，把5min改为30min甚至取消时间限制，要求整个热扩展期间整个电池系统外壳(包含箱体箱盖等一切外观件)不破裂，不能见明显火光，这其中箱盖就是重中之重，原因有两点：1、相对箱体设计，箱盖并不承受电池包主要重量。因此对其一阶模态，强度等要求不高，再加上能量密度等要求，PACK厂商为了减重，箱盖往往设计的十分轻薄，一般为铝钣金或者塑料材质(常见改性PP，玻璃钢等)2、电池包系统内部发生热失控后，电池单体防爆阀打开，其喷射的高温高压气体会直接作用在箱盖上。
对电池系统箱盖的要求，一般可以总结为三点，一、强度、重量及气密要求，此部分和具体项目有关，主要涉及到箱盖造型，厚度等，在此不做讨论。二、耐高温要求(热扩散防护、火烧等)，3、EMC要求。
目前常见的铁板金箱盖，由于密度过大，目前逐渐被舍弃，代替的往往是铝钣金或者改性PP箱盖，玻璃钢箱盖等，但他们都有着各自的缺点。
铝钣金箱盖：价格三者适中，但是单独的铝钣金箱盖(密度2.7g/cm3)，在保证和玻璃钢箱盖(密度1.7g/cm3)差不多重量的情况下,难以满足热扩散防护要求
改性PP箱盖：价格三者最便宜，密度也三者最小，但是熔点也最低，连火烧实验都难以通过，目前市场上使用不多。
玻璃钢箱盖：量产三者最贵，但好在开软模便宜，软模样品与量产产品区别不大，可以较好支持DV验证，而且拥有较好的强度和耐高温性能，可以满足5min内的热扩散防护要求，目前使用最广的动力电池箱盖。
目前使用最广的玻璃钢材质箱盖，如图1所示，现有的玻璃钢材质的箱盖包括胶衣层、上表面毡、纤维毡和下表面毡，依旧存在两个重要问题待解决，一个是长时间的耐高温能力，玻璃钢材质箱盖在温度超过500℃之后，会彻底碳化变脆，动力电池热扩散是可以达到此温度的，虽然5min的防护时间没有问题，但再长就存在很强的不确定性，目前来看超过8min箱盖就有可能会出现破裂，空气涌入箱体，进一步促进热扩展的发生。另一个是EMC(电磁兼容)测试，玻璃钢材质不像金属可以起到法拉第笼效应，目前的技术方案是通过提高BMS(电池管理系统)的抗干扰能力，来保证整个电池系统可以通过EMC测试，所以，研制一种复合材质的箱盖，提高其耐高温和抗电磁干扰能力，就很有必要。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法。
本发明提出的一种动力电池系统复合材料箱盖，包括电磁屏蔽层、上纤维毡层、上表面毡层、下表面毡层和下纤维毡层，其中：
上表面毡层、上纤维毡层、电磁屏蔽层、下纤维毡层和下表面毡层从上到下依次铺设；
电磁屏蔽层：为了让玻璃钢箱盖具有屏蔽电磁作用而特殊增加的中间层，要求本身能够屏蔽电磁干扰，并保证重量合适，由于置于箱盖的中间，玻璃纤维(即上层纤维毡层和下层纤维粘层)可以提供骨架支持，故不对强度等做其他要求，常见铝箔，或者RFID布料都可以满足要求；
上纤维毡层和下纤维毡层均由一定长度的短切玻璃纤维，在平面上均匀地交错迭织之后，用粘结剂将其粘紧而成的一种毡。可吸收大量树脂，单层可以做到0.1mm、0.2mm，可根据项目实际需求(主要是强度、厚度要求)，确定玻璃钢制品使用的纤维毡厚度和层数，直到铺叠至要求的结构厚度。可以单独使用，也可以与无捻织物混合使用。一般用玻纤平纹布或者斜纹布都可以；
上表面毡层和下表面毡层是为了掩盖玻璃纤维，使制品表面光滑，同时增强胶衣层(或防火层)的强度，用于铺复玻璃钢制品表面的，定长单丝粘结成的很簿的一种毡层，它浸胶速度快且能吸收比较多量的树脂，复盖适宜性好。一般用玻璃纤维布即可。
为了提高玻璃钢箱盖的耐高温能力而特殊增加的内表面层，为了最大化其耐火能力，需要作为内表面使用，故对耐蚀性、耐热性、耐水性有一定要求，还包括防火层，防火层铺设在下表面毡层远离下纤维毡层的一面，一般用耐火性发泡硅胶就可以满足常见要求。
为改变玻璃钢制品的表面光亮度，保证表面美观及统一，遮住裸露的纤维，同时提高耐蚀性、耐热性、耐水性，延长制品使用寿命，还包括胶衣层，胶衣层铺设在上表面毡层远离上纤维毡层的一面，胶衣树脂就是该面层的专用树脂，使用时，固化剂、促进剂的使用量与其他树脂相同，零件的胶衣层厚度一般为0.25mm-0.4mm，即每平方米300克-400克。
上述的一种动力电池系统复合材料箱盖的制作方法，包括如下步骤：
涂脱模剂：在模具型腔内涂脱模剂；
涂胶衣树脂：将胶衣树脂刷至型腔形成胶衣层；
裁切玻璃织物、调配树脂：
将玻璃织物根据模具型腔大小裁剪玻璃织物；
将固化剂和促进剂与树脂混合进行调制，根据胶凝时间、环境调节选择固化剂和促进剂的种类和比例。
糊制：在胶衣层上依次糊制上表面毡层、上纤维毡层、电磁屏蔽层、下纤维毡层和下表面毡层；
脱模:待零件固化后进行对零件进行脱模；
二次糊制：将防火层糊制在下表面毡层上；
去毛边；
熟化。
对零件去毛边后对零件进行封边处理。
本发明中，所提出的动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，在保证一样的厚度，重量，强度，价格等因素下，由于箱盖有了电磁屏蔽层，在和箱体结合后(由于要承重，目前箱体都是金属件)，天然形成法拉第笼效应，进一步提高整个电池系统的EMC能力，即使BMS的防电磁干扰失效后，整个系统依然可以满足要求正常运行，同时防火层的加入，也能进一步提高箱盖耐火能力，满足越来越苛刻的热扩展防护要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为现有的箱盖剖视图；
图2为本发明箱盖部分剖视图；
图3为本发明箱盖脱模后结构示意图；
图4为本发明箱盖制作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图2-3所示的一种动力电池系统复合材料箱盖，包括电磁屏蔽层1、上纤维毡层2、上表面毡层3、下表面毡层4、防火层6、胶衣层7和下纤维毡层5，其中：
胶衣层7、上表面毡层3、上纤维毡层2、电磁屏蔽层1、下纤维毡层5、下表面毡层4和防火层6从上到下依次铺设，上表面毡层3和下表面毡层4为玻璃布，上纤维毡层2和下纤维毡层5为玻璃平纹布，电磁屏蔽层1为0.1mm厚230目RFID布料，防火层6为发泡硅胶制成；
胶衣层7为箱盖外表面，防火层6为箱盖内表面。
如图4所示，上述的一种动力电池系统复合材料箱盖的制作方法为：
模具修整：
此步是按照零件外观要求选择阴模成型或阳模成型，要求贴胎面为光滑面。先按照图纸或样板制造生产母模，再按照生产母模制造成型模，成型模和母模的材质可以是金属、木质、石膏、环氧树脂加填料以及玻璃钢等，本实施例是根据实际情况采用阴模成型，环氧环氧树脂加填料制作模具，使用前需要将模具清洗干净，并用毛巾擦干，表面不得留有杂质，之后可进行下一步；
涂脱模剂：
脱模剂的作用是使零件顺利的从模具上剥离下来，不损坏零件和模具。市面上常见的脱模蜡等都可以满足要求项目A拔模角度有7°，故对脱模剂要求不高,注意涂脱模剂一定要均匀无遗漏，聚乙烯醇需充分干透，上光蜡和非硅型油料糊等脱模剂需停放两小时，使溶剂挥发掉，之后可进行下一步；
涂胶衣树脂：
胶衣树脂配料要充分混合，特别是使用填料和颜料时，混合不均匀，会使制品表面出现斑点或条纹，影响外观，胶衣的厚度应精确的控制，施工时，可用毛刷涂刷，胶衣固化到手指接触上感到稍微有些发粘但不沾污手指，此时即可层糊即进行糊制；
裁切玻璃织物、调配树脂：
在等待胶衣固化期间，根据零件的尺寸、厚度，计算好所需玻璃织物的层数，然后对玻璃织物进行裁切，裁切好的玻璃织物的大小应比模具型腔稍大，必要时可用样板下料，这里指的玻璃织物即上表面毡层3、下表面粘层、下纤维毡层5和上纤维毡层2，在本实施例中上表面毡层3和下表面毡层4为玻璃布，上纤维毡层2和下纤维毡层5为玻璃平纹布；
并按所需的胶凝时间、环境条件，选择固化剂、促进剂的种类和比例；将用通用型不饱和聚酯树脂、固化剂和促进剂混合，固化剂采用过氧化苯甲酰二丁酯糊，促进剂采用环烷酸钻苯乙烯溶液；
糊制：
先在胶衣层7上尽可能均匀地刷上一层厚厚的调制好的树脂，然后铺上第一层玻璃增强材料即表面毡，这里直接使用0.16mm玻璃布，并用刷子压结实，上表面粘层即完成糊制，这样树脂会很容易地沿者玻璃织物透上来，在玻璃织物没有完全浸透之前，不要马上将调制好的树脂倒到它上面，用上述方法继续糊下面的调制好的树脂和玻璃织物纤维毡，即上纤维毡层2，直至达到所需的厚度，每糊一层，都要使玻璃织物完全浸透，使每层织物都排尽气泡，并贴胎良好，然后糊上电磁屏蔽层1，本实施例的电缆屏蔽层采用0.1mm厚230目RFID布料，待电缆屏蔽层完全浸透后，再糊上纤维毡即下纤维毡层5，最后糊上表面毡即下表面毡层4，其中，胶衣层70.4mm，上表面毡层3和下表面粘层均采用0.16mm玻璃布共两层，上纤维毡层2和下纤维毡层5均采用0.38mm平纹布共三层，电磁屏蔽层1采用0.1mm厚230目RFID布料即防辐射布料固化：
需要注意的是，本实施例中糊制电缆屏蔽层、下纤维毡层5和下表面毡层4均是待其上方的表层完全浸透、且排尽气泡且贴胎良好后再进行糊制，糊制过程中先涂一层调制好的树脂，然后糊上玻璃织物或RFID布料；
零件糊制完毕后，需在模具上停留12小时以上，完成固化期，注:这一步可以用烘箱加热固化，节约固化时间，固化要求为固化到手指接触上感到稍微有些发粘但不沾污手指，之后可进行下一步；
脱模：
首先将零件边缘脱出，然后再将零件脱下，对于较难出模的零件，可在制件与模具间吹压缩空气，如图3所示；
二次糊制：
这一步是为糊制防火层6，因为防火层6选用的发泡硅胶类为胶体，且不需要糊制在箱盖密封边，故可以在箱盖脱模后再糊制把箱盖当做模具，同时不糊防火层6，有利于缩短第六步固化时间防火层6不透水，如果提前糊上去会加长箱盖整体固化期，故为了生产效率在此时糊上防火层6，保证1.1-1.2mm厚度即可，方法为用毛刷涂刷，室温下大约30min表面固化后该项目采用发泡硅胶固化时间，即可进行下一步；
去毛边：
用曲线锯或角磨机沿零件的边缘线切掉毛边，并对零件表面有缺陷的地方进行修补，如图3所示；
封边:
玻璃纤维不耐水，玻璃钢制品切制断面因纤维外露，浸水后，易造成制品的分层，影响制品质量，因而应对玻璃钢零件进行封边处理，其方法是用配好固化剂、促进剂的树脂胶在零件切割断面上均匀涂刷一层薄薄的胶液；
熟化:
脱模后的零件必须存放5天以上，以保证零件完全固化；
外观处理：
项目A要求为将制品上的脱膜剂残迹统统洗掉，然后喷涂黑颜色油漆。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，其特征在于，包括电磁屏蔽层(1)、上纤维毡层(2)、上表面毡层(3)、下表面毡层(4)和下纤维毡层(5)，其中：
上表面毡层(3)、上纤维毡层(2)、电磁屏蔽层(1)、下纤维毡层(5)和下表面毡层(4)从上到下依次铺设。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统复合材料箱盖，其特征在于，还包括防火层(6)，防火层(6)铺设在下表面毡层(4)远离下纤维毡层(5)的一面。
3.根据权利要求2所述的动力电池系统复合材料箱盖，其特征在于，防火层(6)为耐火性发泡硅胶制成。
4.根据权利要求1所述的动力电池系统复合材料箱盖，其特征在于，电磁屏蔽层(1)为铝箔层或RFID布料。
5.根据权利要求1所述的动力电池系统复合材料箱盖，其特征在于，还包括胶衣层(7)，胶衣层(7)铺设在上表面毡层(3)远离上纤维毡层(2)的一面。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，其特征在于，胶衣层(7)为胶衣树脂制成。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种动力电池系统复合材料箱盖的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
涂脱模剂：在模具型腔内涂脱模剂；
涂胶衣树脂：将胶衣树脂刷至型腔形成胶衣层(7)；
裁切玻璃织物、调配树脂：
将玻璃织物根据模具型腔大小裁剪玻璃织物；
将固化剂和促进剂与树脂混合进行调制；
糊制：在胶衣层(7)上依次糊制上表面毡层(3)、上纤维毡层(2)、电磁屏蔽层(1)、下纤维毡层(5)和下表面毡层(4)；
脱模:待零件固化后进行对零件进行脱模；
二次糊制：将防火层(6)糊制在下表面毡层(4)上；
去毛边；
熟化。
8.根据权利要求7所述的动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，其特征在于，根据胶凝时间、环境调节选择固化剂和促进剂的种类和比例。
9.根据权利要求7所述的动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法，其特征在于，对零件去毛边后对零件进行封边处理。
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| CN202111004869.XA CN113871785A (zh) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 一种动力电池系统复合材料箱盖及其制作方法 |
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2021
- 2021-08-30 CN CN202111004869.XA patent/CN113871785A/zh active Pending
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