CN210723126U - 一种复合材料电池盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料电池盒，包括下壳体和上盖，下壳体为三明治夹层结构，其包括通过结构胶粘接成整体的外壳体、增强支架和内壳体，下壳体内底面铺设冷却水路层，冷却水路层上固定若干电池包，相邻两电池包之间设置云母片；上盖为多层材料复合成型，其中间层为填充材料层，填充材料层上、下两表面层叠纤维材料层，填充材料层和纤维材料层通过在纤维材料层上喷涂的发泡聚氨酯粘接固定。本实用新型的技术方案采用多种不同材质的复合材料构成本实用新型的电池盒具有易成型、耐腐蚀性好、绝缘性好、耐高温、隔热、阻燃及防爆等优点，提升了电池包安全性能，提高了续航里程以及续航里程的稳定性，降低里程焦虑，减震降噪性能优异。

Description

一种复合材料电池盒

技术领域

本实用新型涉及电池盒技术领域，具体涉及一种复合材料电池盒。

背景技术

新能源车数量越来越多，多以磷酸铁锂电池配套的车型居多，但是能够兼顾电池的整体重量和安全性能要求的电池盒一直没能得到更好方案，因此很多电池厂家和配套主机厂在不断寻求新的材料来代替金属外壳体来减重。在此种情况下以金属材料为底托，玻璃钢材料作为上盖的方式得到推广，玻璃钢制品具有轻质、高强、阻燃、易成型、易清洁等优点，对电池盒上盖的轻量化起到了一定作用。尽管做出了这样的优化，但是电池盒的整体重量没有得到很好的优化。

同时，钣金或者铝合金材质的电池盒，受限于材料特性，存在设计自由度低，重量重，工装、模具数量众多，开发费用高，零件加工工序多，耐腐蚀性能弱，绝缘性能差，减震降噪效果差等缺陷尤其是电池盒内部温度的均衡性控制困难，使电池的续航能力受气候地域影响差异极大。另外考虑到现有电池盒的安全性问题，电池盒材料必须考虑阻燃、散热及轻量化问题，及车用电池充电自燃问题，及长距离车辆行驶后的电池散热慢等问题。铝合金材质的电池下壳体，尤其是上盖部分，在受到外力冲击的情况下，抗变形能力差，容易产生塑性变形。

通过以上分析，电池盒整体结构均需要更优的解决方案，需要新的材料和工艺，以获得一种性能更好的电池盒。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种复合材料电池盒，具有轻量、环保、耐温、防爆、提升电池续航里程以及续航里程稳定性、提高电池盒安全性能、散热管理性能更好等优点。

本实用新型为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：

一种复合材料电池盒，包括下壳体和上盖，下壳体为三明治夹层结构，其包括通过结构胶粘接成整体的外壳体、增强支架和内壳体，下壳体内底面铺设冷却水路层，冷却水路层上固定若干电池包，相邻两电池包之间设置云母片。

上盖为多层材料复合成型，其中间层为填充材料层，填充材料层上、下两表面层叠纤维材料层，填充材料层和纤维材料层通过在纤维材料层上喷涂的发泡聚氨酯粘接固定，聚氨酯层材料为云母粉和聚氨酯按质量比0～4:5的比例混合后的混合物，上盖外周压实处理形成法兰边，上盖通过法兰边和螺栓与下壳体固定连接。

本实用新型下壳体的内壳体用短玻纤的SMC材料模压成型；增强支架用金属材料，将电池盒的安装孔位连成直线，形成井字形的交连结构，提高电池盒安装孔位的抗疲劳性能；外壳体用高强度连续纤维预浸料模压。将上盖外周围一圈法兰边填充材料压实，以此来提升法兰边的强度。上盖多层材料复合成型的方式是将整个纤维材料层喷涂聚氨酯，聚氨酯发泡将多层材料复合在一起。上盖表面将聚氨酯与云母粉混合在一起，再将其喷涂到纤维材料层并浸透，具有阻燃防爆能力；将云母片直接与上述多层材料模压成型。

对上述技术方案的进一步改进，外壳体厚度为2～5mm，其采用连续玻纤预浸料模压成型。

对上述技术方案的进一步改进，增强支架厚度为0.5～1.5mm，其材质为采用金属材料。

对上述技术方案的进一步改进，内壳体厚度为2～6mm，其采用短玻纤的SMC材料模压成型。

对上述技术方案的进一步改进，冷却水路层包括至少两组回环铺设的方形扁管，所述方形扁管为铝合金材质。

对上述技术方案的进一步改进，上盖内表面层叠铺设有云母片层。

对上述技术方案的进一步改进，电池包顶面的铺设有阻燃层，阻燃层材料为云母片，阻燃层上开设引火孔。单个电池包四周侧壁及电池包上方整圈贴覆云母片，电池包上方安装的阻燃层云母片开有若干个引火孔，引火孔上方保留0.1～0.2mm厚薄片材料，与电池包内部的电池芯一一对应，当某个电池芯着火时，火苗会冲破云母片上对应开孔处的薄片，这样火苗就不会窜到旁边的电池芯从而引发一连串的燃烧，通过这样的设计，可阻止电池盒发生爆炸或者延迟电池盒发生爆炸时间，为逃生争取时间。

对上述技术方案的进一步改进，填充材料层厚度为2～10mm，其采用铝蜂窝材料。

对上述技术方案的进一步改进，纤维材料层厚度为0.1～0.8mm，其采用连续玻纤或玻纤毡。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案采用多种不同材质的复合材料零部件进行层叠组合成一个立体结构的电池盒，采用多层复合材料组合体，利用材料特性，可设计成更厚的厚度而不增加重量，形成厚实的立体结构；可设计性强、易成型、降低成本，耐腐蚀性好，绝缘性好，耐高温、提升电池盒安全性能、减震降噪性能优异，满足隔热阻燃、抗弯曲抗变形、耐腐蚀、绝缘等各方面性能要求。

采用多种复材成型工艺与复合材料的下壳体和上盖的电池盒，在隔热、降温、防爆性能上具有绝对优势，电池盒内部的密闭的空间受外界的温度影响极小，能消耗更少的能量来维持电池盒内部温度的稳定，使电池包的续航里程偏差可控。本实用新型的复材电池盒具有更好的耐候性，使汽车在严寒环境下的续航能力更强。

上盖喷涂的聚氨酯材料按比例混合云母粉或者聚氨酯材料，或聚氨酯材料不混合云母粉，而是将云母片与上盖模压成一体。下壳体内部单个电池包四周以及上方安装云母片，通过这样的方式使电池盒不易燃烧，当电池包发生燃烧时，火苗往上窜，接触到混入聚氨酯材料的云母粉或云母片，云母具有耐高温的特性，以及单个电池包四周侧壁整圈以及上方贴覆云母片，火苗不会往下走，只能在云母板之间形成的隔层里燃烧，从而阻止爆炸或者延迟电池盒发生爆炸时间，可为逃生争取时间。

附图说明

图1为本实用新型中下壳体及电池包的结构示意图；

图2为本实用新型中电池包与阻燃层及云母片的安装示意图；

图3为本实用新型中上盖的整体结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中上盖的多层结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例中上盖的多层结构示意图。

图中，1、下壳体；11、外壳体；12、增强支架；13、内壳体；14、冷却水路层；15、云母片；16、阻燃层；161、引火孔；2、上盖；21、填充材料层；22、纤维材料层；23、法兰边；24、云母片层；3、电池包。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型的一种复合材料电池盒，包括下壳体1和上盖2，下壳体1与上盖2通过外周的螺栓连接。下壳体1为三明治夹层结构，包括通过结构胶粘接成整体的外壳体11、增强支架12和内壳体13。在一实施例中，外壳体11采用高强度的连续长玻纤预浸料模压成型；增强支架12材质为金属材料，如铝合金或20号冷轧钢板；内壳体13用短玻纤的SMC材料模压成型，内壳体13和外壳体11中间为增强支架12，三者之间用结构胶粘接。外壳体11和内壳体13可以设计一些波浪起伏以增加自身强度，通过这种设计使零件具有足够的抗变形抗弯曲抗疲劳能力以及高强度。在实施例中，在外壳体11厚度为2～5mm，优选为3mm；增强支架12厚度为0.5～1.5mm，优选为1mm；内壳体13厚度为2～6mm，优选为4mm，各层做波浪结构，只有粘胶部分贴合，其余部分形成中空结构，粘接后的整体厚度最小有20mm，最大的可达100mm。

电池盒的下壳体1上开设安装孔，模压时，通过模内后打入和预埋的方式成型，降低后续的处理加工时间和成本。

下壳体1内底部铺设冷却水路层14，冷却水路层14上固定若干电池包3，相邻两电池包3之间设置云母片15。在一实施例中，冷却水路层14为对称的两组，每组冷却水路层14包括至少两条回环铺设的方形扁管141，形成多条等长度的S形管道并联。方形扁管141为金属材质，可以为紫铜材质或铝合金材质等高导热率金属材料，成型方式为整条精拉弯曲成型。冷却水路层14与电池包3底部表面贴合，保证冷却效率。

冷却水路层14做成多条等长度的S形管道并联，优选为4条方形扁管141，相邻管道之间流向相反，互相之间也可进行热交换，以及冷却水路层与电池包之间加导热胶，从而实现散热效率均衡，从而有效控制电池包3内部的温差；此管路相对与传统的冷却板的另一个关键优点是：电池包3内部无冷却管路的接头，规避了因接头部位密封老化或者焊接缺陷引起的泄露风险。管路采用整条拉挤弯曲成型，与电池包3接触面做成矩形，有充足的接触面积进行热传导。电池盒的下壳体1内部温度控制最重要的一点是保证每组电池的温度一致。

如图3所示，上盖2为多层复合结构，其中间层为填充材料层21，填充材料层上、下两表面层叠纤维材料层22，填充材料层21和纤维材料层22通过在纤维材料层22上喷涂的发泡聚氨酯粘接固定，发泡聚氨酯喷涂在纤维材料层22并浸透至纤维材料层22内，将纤维材料层22包裹，达到将填充材料层21和纤维材料层22粘接固定的效果。其中，填充材料层21厚度为2～10mm，优选为5mm；纤维材料层22厚度为0.1～0.8mm，优选为0.3mm。

在一实施例中，填充材料层21为铝蜂窝材料，蜂窝孔径选择小孔径；纤维材料层22为连续玻纤或玻纤毡，可以为玻纤布或玻纤毡等材料。发泡聚氨酯为云母粉和聚氨酯按质量比0～4:5的比例混合后的混合物，优选为云母粉和聚氨酯质量比为3:5。上盖2外周压实处理形成法兰边23，上盖2通过法兰边23和螺栓与下壳体1固定连接。上盖2外周的法兰边内部同样为蜂窝材料层，将法兰边23的蜂窝材料层压制密实，形成高密实度、高强度的边框，承受下壳体1和上盖2的连接力。上盖2内表面层叠铺设有云母片层24。单个电池包3四周侧壁贴覆云母片15，电池包3顶面铺设有阻燃层16，阻燃层16材料为云母片，阻燃层16上开设引火孔161，引火孔161为若干个孔，与电池包3内部的电池芯一一对应，当电池芯着火时，火苗会冲破对应位置云母片上预设的引火孔161顶部0.1～0.2mm厚的薄片，往上蹿，这样火苗就不会蹿到旁边的电池芯，同时上蹿的火苗在电池包上的云母片15与上盖内表面的云母片层24之间的缝隙里流通。避免引发一连串的燃烧，通过这样的设计，可阻止电池盒发生爆炸或者延迟电池盒发生爆炸时间，为逃生争取时间。

上盖2整体采用依次为纤维材料层22、填充材料层21和纤维材料层22的多层复合材料结构，纤维材料层22采用连续玻纤材料，比短玻纤的SMC材料具有更高强度、更高刚度、更强隔热性能，同时减重显著。上盖2阻燃方式为将聚氨酯与云母粉混合在一起，再将其喷涂到纤维材料层22，和/或将云母片15与三明治多层复合材料模压成型，和/或利用电池包3顶部的阻燃层16，形成多层防护。相对于选用玻璃钢材质的电池盒上盖，采用本技术方案的上盖2，减重比例约40％以上。

本申请的电池盒的上盖2的安装孔开设在外周法兰边23，且将外周法兰边23对应位置的一圈内部填充的填充材料层21和纤维材料层22压密实，对安装孔强度显著增强，安装孔冲切成型后，保证孔壁无破损开裂、无毛刺，安装孔处无需另外安装金属镶套。解决了SMC材质的上盖安装孔容易开裂，需要另外加镶套或者金属压条的弊端。

本申请的上盖2为多种材料复合成型方案，现以聚氨酯+云母粉混合的工艺进行说明：

1)把纤维材料层22和填充材料层21裁切至适合尺寸备用；

2)按上盖2材料结构关系在预成型模具上依次层叠纤维材料、填充材料、纤维材料；

3)通过预成型模具把已经层叠完毕的多层材料预压缩并定型；

4)用夹具夹持预定型件喷涂发泡聚氨酯层，形成预定型件；

5)喷涂完毕，夹具夹持预定型件送入模压模具的模腔中；

6)合模保压固化成型，模具温度设置为90～130℃，压力100～215T，保压时间100～300s；

7)保压时间完成后开模，开模取件得到成型好的电池盒上盖产品；

8)定型冷却，保证制品的型面尺寸精度，将制品进行整型修边，法兰边安装孔以及侧壁孔位冲切成型；

9)气密性检测，检具检验，检验入库，得到聚氨酯蜂窝纤维增强复合材料的电池盒上盖成品。

本实用新型中的具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种复合材料电池盒，包括下壳体(1)和上盖(2)，其特征在于，下壳体为三明治夹层结构，其包括通过结构胶粘接成整体的外壳体(11)、增强支架(12)和内壳体(13)，下壳体内底面铺设冷却水路层(14)，冷却水路层上固定若干电池包(3)，相邻两电池包之间设置云母片(15)；

上盖为多层材料复合成型，其中间层为填充材料层(21)，填充材料层上、下两表面层叠纤维材料层(22)，填充材料层和纤维材料层通过在纤维材料层上喷涂的发泡聚氨酯粘接固定，上盖外周压实处理形成法兰边(23)，上盖通过法兰边和螺栓与下壳体固定连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，外壳体厚度为2～5mm，其采用连续玻纤预浸料模压成型。

3.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，增强支架厚度为0.5～1.5mm，其材质为采用金属材料。

4.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，内壳体厚度为2～6mm，其采用短玻纤的SMC材料模压成型。

5.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，冷却水路层包括至少两组回环铺设的方形扁管(141)，所述方形扁管为铝合金材质。

6.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，上盖内表面层叠铺设有云母片层(24)。

7.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，电池包顶面的铺设有阻燃层(16)，阻燃层材料为云母片，阻燃层上开设引火孔(161)。

8.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，填充材料层厚度为2～10mm，其采用铝蜂窝材料。

9.根据权利要求1所述的复合材料电池盒，其特征在于，纤维材料层厚度为0.1～0.8mm，其采用连续玻纤或玻纤毡。

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