CN117181876A - 一种电池保护板的制备方法及所得电池保护板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池保护板的制备方法及所得电池保护板，包括以下步骤：将板材加热后，冲压成型，得到冲压模件，并将冲压模件进行分区淬火；修边、冲孔、涂装、涂胶得到电池保护板。通过本发明的制备方法制备电池保护板，不仅避免了相关技术中预留孔的孔型和位置精度难以满足后续加工要求，且预留孔周边的毛刺可能会成为应力集中点导致在使用过程中容易发生脆性开裂的现象，也避免了采用热成形后进行激光切孔的方式，导致工艺成本高，不利于工业化生产的问题，并且本发明制备得到的电池保护板能够通过冲孔机直接在区域二位置完成冲孔。
Description
技术领域
本发明涉及电池防护领域，尤其涉及一种电池保护板的制备方法及所得电池保护板。
背景技术
随着新能源汽车的不断发展，各大主机厂对续航里程的要求也越来越高。为了增加续航里程，汽车轻量化是重要途径之一。目前在电池包轻量化方面，其主体框体结构多采用铝合金型材焊接结构，对于电池保护板，主要是铝板，但铝板成本较高。
近年来，钢制底护板也得到了广泛应用，但由于安装空间限制，电池保护板往往不能设计成复杂的深冲加强筋结构，只能设计成平板加强筋特征的形式，这种限制导致使用普通高强钢板制造的底护板存在重量大，抗底部冲击能力差的缺陷。目前，很多主机厂和电池包生产厂为减重和降本，开始研究超高强钢底护板，应用较多的是热成形钢底护板。
目前使用热成形钢底护板虽然在成本和轻量化方面得到了一定的平衡，但热成形钢底护板材料在热成形后强度一般在1500MPa以上，不利于冲孔机进行冲孔。
相关技术中还采用在热成形前预留孔或热成形后激光切孔的方式对热成型钢进行冲孔加工，上述两种方式存在以下问题：一是预留孔经加热后，其孔型和位置精度难以满足后续加工要求，并且预留孔周边会产生毛刺，热成形时或者在热冲压成型后，由于基材强度非常高(抗拉强度＞1500MPa)，导致预留孔周边的毛刺可能会成为应力集中点，在使用过程中容易发生脆性开裂；二是由于底护板需要通过螺丝或螺栓将其与电池包主体连接在一起，从而对电池包底部起到保护作用，一般情况下，需要在底护板的四周设计很多安装孔，若对于热成形钢底护板热成形后全部采用激光切孔，成本很高，且效率较低，不利于工业化生产。
综上所述，急需一种电池保护板的制备方法及所得电池保护板以解决相关技术中存在的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电池保护板的制备方法及所得电池保护板，以解决相关技术中的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电池保护板的制备方法，包括以下步骤：
S100：将板材加热后，冲压成型，得到冲压模件；所述冲压模件包括区域一、区域二以及过渡区，所述区域一用以形成电池保护板的保护区，所述区域二用以形成电池保护板的连接区，所述区域一的外边缘与冲压模件边缘之间的距离为(x+y)；所述区域二的外边缘与冲压模件边缘相同，其内边缘与外边缘之间的距离为x；所述过渡区为区域一与区域二之间的区域，宽度为y；
S200：对冲压模件的区域一进行完全淬火以及区域二进行不完全淬火，得到保护板粗品；
S300：将所述保护板粗品加工得到电池保护板。
优选的，所述对冲压模件的区域一进行完全淬火的步骤包括：
对所述区域一以35～50℃/s的冷却速度进行冷却，且当温度冷却至200℃以下时，空冷至常温。
优选的，所述对冲压模件的区域二进行不完全淬火的步骤包括：
对所述区域二以5～15℃/s的冷却速度进行冷却，且当温度冷却至400～550℃时，空冷至常温。
优选的，所述x的取值范围为20～100mm，所述y的取值范围为2～15mm。
优选的，所述对板材加热步骤中加热温度为900～950℃，保温时间为3～10min。
优选的，所述对保护板粗品加工步骤包括对区域二进行修边和冲孔，然后涂装、涂胶得到电池保护板。
优选的，所述涂装步骤之前还包括还包括前处理，所述前处理包括脱脂、洗涤以及表面改性处理。
优选的，所述表面改性处理包括通过锆盐溶液或硅烷溶液对保护板粗品表面进行改性。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的制备方法对冲压模件进行分区淬火，具体是将冲压模件分为区域一、区域二以及过渡区，对区域一进行完全淬火，对区域二进行不完全淬火；从而使得冲压模件上的通过完全淬火的区域一，由于冷却速率较快，产生较多马氏体组织，抗拉强度高，从而具有较好防刺穿能力以及耐磨性，而对于通过不完全淬火的区域二，由于冷却速率较慢，发生扩散相变，从而获得铁素体、珠光体、贝氏体中的两种或三种组织的组合形式，使得区域二的抗拉强度较低，便于后续加工。冲孔可以采用机械冲孔方式，而无需采用激光切孔的方式。
通过本发明的制备方法制备电池保护板，不仅避免了相关技术中预留孔的孔型和位置精度难以满足后续加工要求，且预留孔周边的毛刺可能会成为应力集中点导致在使用过程中容易发生脆性开裂的现象，也避免了采用热成形后进行激光切孔的方式，工艺成本很高，不利于工业化生产的问题，并且本发明制备得到的电池保护板能够通过冲孔机直接在区域二位置完成冲孔。
本发明还提供一种电池保护板，通过上述制备方法制得。
优选的，所述电池保护板的组分按质量百分比计包括：C：0.15～0.50；Si：0.10～0.50；Mn：0.80～1.50；P：≤0.05；S：≤0.02；Nb：0.02～0.04；V：≤0.03；Ti：0.015～0.035；B：≤0.005；Cr：0.10～0.30，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述电池保护板包括区域一、区域二以及过渡区；所述区域一的抗拉强度大于等于1500MPa，所述区域二的抗拉强度小于等于800MPa。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种电池保护板，在该电池保护板上具有抗拉强度不同的区域一以及区域二，其中，抗拉强度较高的区域一具有较好防刺穿能力以及耐磨性，抗拉强度较低的区域二能够通过冲孔机完成冲孔。综上该电池保护板能够安装的同时，对电池提供较好的防护性能。
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示出的结构获得其他的附图。
图1是本申请一实施方式中制备方法制得的电池保护板的结构示意图。
其中，1-区域一，2-区域二，3-过渡区，4-安装孔。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供了一种电池保护板的制备方法，包括以下步骤：
S100：将板材加热后，冲压成型，得到冲压模件；所述冲压模件包括区域一、区域二以及过渡区，所述区域一用以形成电池保护板的保护区，所述区域二用以形成电池保护板的连接区，所述区域一的外边缘与冲压模件边缘之间的距离为(x+y)；所述区域二的外边缘与冲压模件边缘相同，其内边缘与外边缘之间的距离为x；所述过渡区为区域一与区域二之间的区域，宽度为y。
在该步骤中，板材为电池保护板的基材。其可以根据电池保护板的规格，选取钢板冲裁，得到所需的板材。板材加热冲压形成冲压模件。冲压模件的外形、尺寸基本近似电池保护板。区域二为冲压模件的边缘部分，且在冲压模件经过后续加工后，形成电池保护板的连接区。区域二的外边缘即为冲压模件边缘。区域二的外边缘与区域二的内边缘的距离为x。
区域一为冲压模件的中部部分，被区域二环绕。区域一在冲压模件经过后续加工后，形成电池保护板的保护区。过渡区为区域一与区域二之间的区域，宽度为y。
S200：对冲压模件的区域一进行完全淬火以及区域二进行不完全淬火，得到保护板粗品。
S300：将所述保护板粗品加工得到电池保护板，例如根据设计需要对区域二进行修边和冲孔，然后涂装、涂胶得到电池保护板。本发明中修边、冲孔、涂装以及涂胶参照相关技术，例如：修边和冲孔：用普通冲孔机对成型后工件进行修边、切孔；
涂装：对经修边和冲孔处理得到的保护板粗品进行前处理后，进行电泳涂装，并烘干冷却；
涂胶：对经涂装处理得到的保护板粗品底部喷涂PVC防石击胶，待烘干冷却后得到电池保护板。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的制备方法对冲压模件进行分区淬火，具体是将冲压模件分为区域一、区域二以及过渡区，对区域一进行完全淬火，对区域二进行不完全淬火；从而使得冲压模件上的通过完全淬火的区域一，由于冷却速率较快，产生较多马氏体组织，抗拉强度高，从而具有较好防刺穿能力以及耐磨性，而对于通过不完全淬火的区域二，由于冷却速率较慢，发生扩散相变，从而获得铁素体、珠光体、贝氏体中的两种或三种组织的组合形式，使得区域二的抗拉强度较低，便于后续加工，如冲孔，修边等。具体地，冲孔可以采用机械冲孔方式，而无需采用激光切孔的方式。
通过本发明的制备方法制备电池保护板，不仅避免了相关技术中预留孔的孔型和位置精度难以满足后续加工要求，且预留孔周边的毛刺可能会成为应力集中点导致在使用过程中容易发生脆性开裂的现象，也避免了采用热成形后进行激光切孔的方式，工艺成本很高，不利于工业化生产的问题，并且本发明制备得到的电池保护板能够通过冲孔机直接在区域二位置完成冲孔。
在一些实施例中，所述对冲压模件的区域一进行完全淬火的步骤包括：
对所述区域一以35～50℃/s的冷却速度进行冷却(如，通过热冲压模具(参考现有技术)中的冷却模具(如，水冷模具)对区域一进行冷却)，且当温度冷却至200℃以下时，空冷至常温。
冷却模具的作用是将奥氏体化的板料迅速降温，使得基体材料组织发生马氏体相变，从而获得高强度。
在一些实施例中，所述对冲压模件的区域二进行不完全淬火的步骤包括：
对所述区域二以5～15℃/s的冷却速度进行冷却(如，通过热冲压模具(参考现有技术)中的加热模具对区域一进行冷却)，且当温度冷却至400～550℃时，空冷至常温。值得注意的是，为了控制通过加热模具进行冷却过程中的冷却速率，加热模具的温度范围需要控制在400～550℃。
加热模具的作用是将奥氏体化的板料通过缓慢降温的方式使其发生扩散相变，从而获得铁素体、珠光体、贝氏体，或其中两种、三种组织的组合形式，而不是获得马氏体组织。
本发明中值得注意的是所述冷却模具与加热模具之间通过隔热陶瓷进行隔热处理。
通过对区域一和区域二淬火时冷却速率的控制，能够使得区域一和区域二具有不同抗拉强度，从而满足各个区域的性能要求。
在一些实施例中，所述x的取值范围为20～100mm，所述y的取值范围为2～15mm。
通过对x和y取值范围的选择，确定合理的区域一、区域二以及过渡区，所述区域一能够为电池提供防护，而区域二用于修边、冲孔，而过渡区位于区域一与区域二之间，由于区域一经过完全淬火处理，而区域二而经过不完全淬火处理，在热传导作用下，所述过渡区的淬火冷却速率较区域一慢，较区域二快，相应的其由于热胀冷缩导致的体积变化位于区域一与区域二之间，从而可以起缓冲作用，避免由于温度不均以及热胀冷缩效应而导致冲压模件出现裂纹的现象发生。
在一些实施例中，所述对板材加热步骤中加热温度为900～950℃，保温时间为3～10min。
通过将板材加热至900～950℃并保温3～10min，使得板材完全奥氏体化。
在一些实施例中，所述对保护板粗品加工步骤包括对区域二进行修边和冲孔，然后涂装、涂胶得到电池保护板。
在一些实施例中，所述涂装步骤之前还包括前处理，所述前处理包括脱脂、洗涤以及表面改性处理，具体是：
脱脂：将冲孔得到的保护板粗品通过喷淋的方式进行预脱脂处理，然后将保护板粗品浸入脱脂槽中进行主脱脂处理；
洗涤：将脱脂处理后的保护板粗品依次放入水洗喷雾槽、水洗槽中进行多次水洗；
表面改性处理：将洗涤后的保护板粗品浸入锆盐槽中使得保护板粗品表面形成一层改性层，出槽时使用新鲜纯水喷洗；出槽后保护板粗品再次经过水洗喷雾槽、水洗槽进行多次水洗，最后一次水洗液体的PH值为5.5～9、电导率σ≤50us/cm。
锆盐溶液和硅烷溶液均具有优良的抗腐蚀性能，通过锆盐溶液或硅烷溶液对保护板粗品进行表面处理，能够大幅提升保护板粗品的抗腐蚀性能，延长保护板粗品的使用寿命，相应的通过保护板粗品制得的电池保护板也具有优良的抗腐蚀性能，较长的使用寿命。
本发明还提供一种电池保护板，通过上述制备方法制得。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种电池保护板，在该电池保护板上具有抗拉强度不同的区域一以及区域二，其中，抗拉强度较高的区域一具有较好防刺穿能力以及耐磨性，抗拉强度较低的区域二能够通过冲孔机完成冲孔。综上该电池保护板能够实现冲孔安装的同时，能对电池提供较好的防护性能。
在一些实施例中，所述电池保护板的组分按质量百分比计包括：C：0.22；Si：0.25；Mn：1.15；P：0.001；S：0.001；Nb：0.025；Ti：0.03；B：0.003；Cr：0.17，其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施例中，所述电池保护板包括区域一、区域二以及过渡区；所述区域一的抗拉强度大于等于1500MPa，所述区域二的抗拉强度小于等于800MPa。
本发明提供的电池保护板中区域一的抗拉强度大于等于1500MPa，具有较好防刺穿能力以及耐磨性，能对电池提供较好的防护性能；而在区域二的抗拉强度小于等于800MPa，能够通过冲孔机完成冲孔，方便电池保护板的安装，此外由于抗拉强度较低，可以降低冲孔机的磨损，延长其使用寿命的同时减少孔周处产生的毛刺，提高产品质量。
实施例1：
参见图1，一种电池保护板的制备方法，包括以下步骤：
S100：将板材加热，加热温度为950℃，保温时间为5min，冲压成型，得到冲压模件，所述冲压模件包括区域一1、区域二2以及过渡区3，所述区域一1用以形成电池保护板的保护区，所述区域二2用以形成电池保护板的连接区，所述区域一1的外边缘与冲压模件边缘之间的距离为22mm；所述区域二2的外边缘与冲压模件边缘相同，其内边缘与外边缘之间的距离为20mm；所述过渡区3为区域一1与区域二2之间的区域，宽度为2mm。
S200：对冲压模件的区域一1进行完全淬火以及区域二2进行不完全淬火，得到保护板粗品。其中，对区域一1进行完全淬火，即通过热冲压模具中的冷却模具对冲压模件中区域一1进行冷却，当温度冷却至200℃以下时，空冷至常温；对区域二2进行不完全淬火，即通过热冲压模具中的加热模具对冲压模件中区域二2进行冷却，冷却速率为5～15℃/s，当温度冷却至500℃时，空冷至常温；
S300：对区域二2进行修边和冲孔(得到安装孔4)，然后涂装、涂胶得到电池保护板。
在本实施例中，在步骤S3涂装之前还包括前处理，所述前处理包括脱脂、洗涤以及表面改性处理，具体是：
脱脂：将冲孔得到的保护板粗品通过喷淋的方式进行预脱脂处理，然后将保护板粗品浸入脱脂槽中进行主脱脂处理；
洗涤：将脱脂处理后的保护板粗品依次放入水洗喷雾槽、水洗槽中进行多次水洗；
表面改性处理：将洗涤后的保护板粗品浸入锆盐槽中使得保护板粗品表面形成一层改性层，出槽时使用新鲜纯水喷洗；出槽后保护板粗品再次经过水洗喷雾槽、水洗槽进行多次水洗，最后一次水洗液体的PH值为9、电导率σ≤50us/cm。
所述电池保护板的组分按质量百分比计包括：C：0.15～0.50；Si：0.10～0.50；Mn：0.80～1.50；P：≤0.05；S：≤0.02；Nb：0.02～0.04；V：≤0.03；Ti：0.015～0.035；B：≤0.005；Cr：0.10～0.30，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例2：与实施例1不同之处在于，所述不完全淬火步骤中，当温度冷却至400℃时，空冷至常温。
实施例3：与实施例1不同之处在于，所述不完全淬火步骤中，当温度冷却至450℃时，空冷至常温。
实施例4：与实施例1不同之处在于，所述不完全淬火步骤中，当温度冷却至550℃时，空冷至常温。
对比例1：与实施例1不同之处在于，所述不完全淬火步骤中，当温度冷却至300℃时，空冷至常温。
对比例2：与实施例1不同之处在于，所述不完全淬火步骤中，当温度冷却至350℃时，空冷至常温。
将实施例1-4以及对比例1-2制得的电池保护板按照GB/T 228进行性能测试，所述性能测试包括拉伸测试，测试结果如表1所示：
表1实施例1-4以及对比例1-2制得的电池保护板测试结果表
注：A50％表示延伸率。
根据表1可知，当不完全淬火步骤中空冷初始温度范围在400～550℃时，由于冷却速率较慢，发生扩散相变，从而获得铁素体、珠光体、贝氏体中的两种或三种组织的组合形式，使得区域二的抗拉强度较低，具体的，电池保护板上区域二的抗拉强度保持在800MPa以下，而屈服强度低于600MPa，便于后续加工，可以采用机械冲孔方式，而无需采用激光切孔的方式，降低生产成本。而当温度低于此范围时，电池保护板上区域二的抗拉强度高于800MPa，屈服强度高于600MPa，不利于机械冲孔加工；当温度高于此范围时，冷却时间较长，淬火效率低，时间成本较高，不利于工业化生产。
当完全淬火步骤中空冷初始温度低于200℃时，由于冷却速率较快，产生较多马氏体组织，所以无论是实施例1-4还是对比例1-2制得的电池保护板均能满足抗拉强度大于等于1500MPa，屈服强度大于等于1000MPa，从而具有较好防刺穿能力以及耐磨性，能够有效地起到电池保护作用。
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明以及附图的技术构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种电池保护板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：将板材加热后，冲压成型，得到冲压模件；所述冲压模件包括区域一(1)、区域二(2)以及过渡区(3)，所述区域一(1)用以形成电池保护板的保护区，所述区域二(2)用以形成电池保护板的连接区，所述区域一(1)的外边缘与冲压模件边缘之间的距离为(x+y)；所述区域二(2)的外边缘与冲压模件边缘相同，其内边缘与外边缘之间的距离为x；所述过渡区(3)为区域一(1)与区域二(2)之间的区域，宽度为y；
S200：对冲压模件的区域一(1)进行完全淬火以及区域二(2)进行不完全淬火，得到保护板粗品；
S300：将所述保护板粗品加工得到电池保护板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对冲压模件的区域一(1)进行完全淬火的步骤包括：
对所述区域一(1)以35～50℃/s的冷却速度进行冷却，且当温度冷却至200℃以下时，空冷至常温。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对冲压模件的区域二(2)进行不完全淬火的步骤包括：
对所述区域二(2)以5～15℃/s的冷却速度进行冷却，且当温度冷却至400～550℃时，空冷至常温。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述x的取值范围为20～100mm，所述y的取值范围为2～15mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对板材加热步骤中加热温度为900～950℃，保温时间为3～10min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对保护板粗品加工步骤包括对区域二(2)进行修边和冲孔，然后涂装、涂胶得到电池保护板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述涂装步骤之前还包括前处理，所述前处理包括脱脂、洗涤以及表面改性处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表面改性处理包括通过锆盐溶液或硅烷溶液对保护板粗品表面进行改性。
9.一种电池保护板，其特征在于，通过权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的电池保护板，其特征在于，所述电池保护板的组分按质量百分比计包括：C：0.15～0.50；Si：0.10～0.50；Mn：0.80～1.50；P：≤0.05；S：≤0.02；Nb：0.02～0.04；V：≤0.03；Ti：0.015～0.035；B：≤0.005；Cr：0.10～0.30，其余为Fe和不可避免的杂质。
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