CN212434739U - 一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，包括电池箱本体，电池箱本体为三明治结构，其包括两层层压板，两者叠加形成，其中一层层压板为电池箱本体的外层，一层层压板为电池箱本体的内层；三明治结构还包括夹芯层，其分布在两层层压板之间；前述的层压板为包括若干层复合材料铺层压合成型的层合板，电池箱本体还包括防火层，三明治结构与防火层通过模压或者液体成型形成一体结构；本实用新型在满足结构刚强度要求的前提下，有效的提高电池箱本体的防火耐烧蚀性能，同时兼具经济性、可靠性和良好的轻量化效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，属于电池应用技术领域。
背景技术
随着对新能源电动汽车轻量化和能量密度需求的不断提高，需要开发出更轻，安全性更高，并且刚强度以及其他性能都能够满足要求的电池箱结构；其中电池箱的防火耐烧蚀性能是电池系统使用安全的重要指标，要求也不断提高，需要满足内部热失控要求，即要求电池箱体能有效防护动力电池在发生过充、短路、滥用等异常情况下，其内部产生高温烧蚀过程中保持一定时间不被火焰烧穿，以免乘客舱直接暴露在火焰环境中，带来安全威胁；以及需要电池箱满足外部防火要求，即直接暴露在外部火焰条件下一定时间内不发生爆炸现象，并且在火源移开后能够在较短的时间内熄灭；同时电池包箱体结构需要满足侧向，正向挤压的要求，需要有足够的结构刚度和强度，以确保电池系统在碰撞或其他意外情况下不会伤及电池芯体，产生起火甚至爆炸等安全事故。
传统金属电池箱体为满足性能要求，底板结构厚且重，需要通过拼焊形成整体结构；同时隔热效果差，无法有效满足电池箱内部热失控和外部防火要求；类似复合材料下箱体底板通常为多块层合板复合结构，整体刚度不容易满足挤压要求，零件数量的增加和装配工艺很大程度上提升了下底板的成本，减重效果受到了限制；同时传统电池箱结构主要依靠涂覆防火涂层的方式有限的提高复合材料电池箱体的防火功能，无法有效满足条件苛刻的内部热扩散带来的高温要求；其次这种结构在使用过程中防火涂料容易分层脱落，存在安全隐患，并且防火涂料是在电池箱体成型后加入的单独工艺操作，增加了电池箱体成型周期及成本，同时增加了重量；另外为满足外部防火要求，类似复合材料电池箱体结构采用增加基体材料中的阻燃成分的方式，这样会导致基体材料成本增加，工艺性变差。
实用新型内容
本实用新型提供一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，在满足结构刚强度要求的前提下，有效的提高电池箱本体的防火耐烧蚀性能，同时兼具经济性、可靠性和良好的轻量化效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，包括电池箱本体，电池箱本体为三明治结构，其包括两层层压板，两者叠加形成，其中一层层压板为电池箱本体的外层，一层层压板为电池箱本体的内层；
三明治结构还包括夹芯层，其分布在两层层压板之间；
前述的层压板为包括若干层复合材料铺层压合成型的层合板；
电池箱本体还包括防火层，防火层布设在层压板朝向外部环境的一侧，或者防火层布设在层压板内相邻两层复合材料铺层之间，且此相邻两层复合材料铺层为从层压板朝向外部环境的一侧至另一侧起排序的第一层和第二层；
三明治结构与防火层通过模压或者液体成型形成一体结构；
作为本实用新型的进一步优选，层压板与夹芯层的厚度比值范围为0.02-1；
作为本实用新型的进一步优选，当防火层布设在作为电池箱本体内层的层压板内侧时，或者层压板在作为电池箱本体内层且防火层位于相邻两层复合材料铺层时，防火层与层压板的厚度比值范围为0.02-4.0；
作为本实用新型的进一步优选，当防火层布设在作为电池箱本体外层的层压板外侧时，或者层压板在作为电池箱本体外层且防火层位于相邻两层复合材料铺层时，防火层与层压板的厚度比值范围为0-4.0；
作为本实用新型的进一步优选，防火层的厚度范围为0.05mm-2.0mm；
作为本实用新型的进一步优选，前述的夹芯层分布在两层层压板之间，其全部覆设或者部分覆设在两层层压板之间；
作为本实用新型的进一步优选，前述的夹芯层选用泡沫或者蜂窝材料制作；
作为本实用新型的进一步优选，防火层选用玻璃纤维织物或毡或者高硅氧布或者铝箔防火布或者含石墨矿物纤维毡制作。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型通过两层层压板以及位于中间位置的夹芯层形成三明治结构，此复合材料结构和铺层设计，能够有效的满足箱体结构钢强度的要求；
2、本实用新型在层压板的侧面涂设防火层材料，能够满足热失控和外部火焰导致的电池箱结构防火耐烧蚀的功能要求；
3、本实用新型的三明治结构与防火层整体设计，通过模压或者液体一体化成型工艺形成整体结构，实现了材料、结构和功能一体化，简化了工艺步骤，缩短了工艺周期，在降低材料成本和生产成本的同时，大大减轻了整体结构的重量；
4、本实用新型将防火层设计在电池箱体的内侧、外侧表面或者是位于靠近层压板外侧的相邻复合材料铺层之间，防火反应时间快，隔热效果较佳。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型提供的电池箱本体结构示意图；
图2是本实用新型提供的实施例1中包含局部三明治结构的示意图；
图3是本实用新型提供的优选实施例的剖视图，其中3a是整体夹芯结构的剖视图，3b 和3c是局部夹芯结构的剖视图；
图4a-图4d是本实用新型提供的布设防火层的结构示意图，其中图4a为当层压板作为电池箱本体的外层时，防火层位于层压板的外侧面的结构示意图，图4b为当层压板作为电池箱本体的内层时，防火层位于层压板的内侧面的结构示意图，图4c为当层压板作为电池箱本体的外层时，防火层位于靠近外侧面的相邻的两层复合材料铺层之间的结构示意图，图4d为当层压板作为电池箱本体的内层时，防火层位于靠近内侧面的相邻的两层复合材料铺层之间的结构示意图。
图中：1为电池箱下箱体，2为电池箱上盖，3为层压板，4为夹芯层，5为防火层，6为复合材料铺层，7为三明治结构。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
传统的复合材料电池箱结构主要是依靠在电池箱体的外表面涂覆防火涂层来提高防火功能，无法有效满足条件苛刻的内部热扩散带来的高温要求；其次这种结构没有足够的结构刚度和强度，因此没有办法满足侧向、正向挤压的要求，当电池系统在碰撞或者其他意外情况下会伤及电池的芯体，同样可能会引起起火甚至爆炸等安全事故。
基于上述问题，本申请提供了一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构7，包括图1 所示的电池箱本体，电池箱本体为三明治结构7，其包括两层层压板3，两者叠加形成，其中一层层压板3为电池箱本体的外层，一层层压板3为电池箱本体的内层；三明治结构7还包括夹芯层4，其分布在两层层压板3之间，需要说明的是，这里的夹芯层4并没有覆盖两层层压板3之间全部的空间，主要是为了在满足耐高温防火以及刚度、强度的前提下，可以降低原材料的成本以及增加了电池箱体内的空间；
图4a-图4d所示，由于层压板3是由若干层复合材料铺层6压合成型的层合板，那么当电池箱本体需要设置防火层5的时候，防火层5的布设可以有两种情况，情况一是防火层5布设在层压层朝向外部环境的一侧，情况二是防火层5布设在层压板3内相邻两层复合材料铺层6之间，且防火层5位于的相邻两层复合材料铺层6靠近层压板3朝向外部环境的一侧；
在第一种情况下，图4a为当层压板3作为电池箱本体的外层时，防火层5位于层压板3 的外侧面，图4b为当层压板3作为电池箱本体的内层时，防火层5位于层压板3的内侧面；
在第二种情况下，图4c为当层压板3作为电池箱本体的外层时，防火层5位于靠近外侧面的相邻的两层复合材料铺层6之间，也就是说防火层位于从层压板朝向外部环境的一侧至另一侧起排序的第二层，图4d为当层压板3作为电池箱本体的内层时，防火层5位于靠近内侧面的相邻的两层复合材料铺层6之间，也就是说防火层位于从层压板朝向外部环境的一侧至另一侧起排序的第二层；
在第二种情况中，将防火层5设置在层压板3内相邻两层复合材料铺层6之间，且此相邻两层复合材料铺层6为从层压板3朝向外部环境的一侧至另一侧起排序的第一层和第二层，这是因为为了加快防火反应的效率，可以在最短的时间内实现防火的作用，保护其他复合材料铺层6不受损坏，如果防火层5太靠近内部，等防火层5起作用的时候，其他复合材料铺层6可能存在被烧穿的风险。
三明治结构7与防火层5通过模压或者液体成型形成一体结构，为什么要采用一体成型结构，在现有技术中，防火涂料涂覆在复合材料电池箱体表面，长时间使用过程中防火涂料容易分层脱落，存在安全隐患，同时因为是涂覆在表面，也就是说防火涂料是在电池箱体成型后加入的单独工艺操作，增加了电池箱体成型的周期以及成本，也会在一定程度上增加整个结构的重量。
实施例1：
本申请提供一种如图2所示的优选实施例1，电池箱本体包括电池箱下箱体1与电池箱上盖2，电池箱上盖2与电池箱下箱体1的主体结构主要都是由两层层压板3叠加构成，夹芯层4分布在两层层压板3之间，但是夹芯层4并不是整个覆设两层层压板3之间全部的空间，在实施例中，夹芯层4设置在电池箱本体的电池箱下箱体1内，而且从图2中可以看出，三明治结构7是局部设置的，在电池箱下箱体1内部分布有三处，相邻两处之间的距离是相同的，这部分三明治结构7就是两层层压板3之间夹着一层夹芯层4，因此高度要高于只有两层层压板3叠加成型的部分，图3中3a是只有两层层压板3叠加成型的剖视图，3b和3c 是设有夹芯层4的剖视图；
本实施例中提供的防火层5，是前述提到的第一种分布情况，即当层压板3作为电池箱本体的外层时，防火层5位于层压板3的外侧面，当层压板3作为电池箱本体的内层时，防火层5位于层压板3的内侧面，图3也可以很明显的看出；
三明治结构7与防火层5通过模压或液体成型工艺一体成型为整体结构，所采用的工艺可以为热压罐工艺，预浸料模压，OOA(预浸料袋压)，RTM(树脂转移模塑成型，含HP-RTM， LP-RTM，C-RTM及S-RTM等其他同类RTM工艺形式)，VARI(真空树脂导入)，湿法模压，等工艺；一体成型的结构当电池箱本体体内热失控产生大量的热燃烧着火或者暴露在外部火焰时，防火层5能够起到很好的隔热效果，隔绝火焰，削减热传递，同时保证三明治结构7(包含局部三明治结构7)不破裂，同时具备一定程度的承载能力；同时防火层5能够在电池箱内部燃烧第一时间起到防火隔热效果。
对于层压板3、夹芯层4以及防火层5的厚度在实际运用过程中也有约束，层压板3与夹芯层4的厚度比值范围为0.02-1；但是对于防火层5的厚度，同样的要分情况，当防火层5布设在作为电池箱本体内层的层压板3内侧时，或者层压板3在作为电池箱本体内层且防火层5位于相邻两层复合材料铺层6时，防火层5与层压板3的厚度比值范围为0.02-4.0；当防火层5布设在作为电池箱本体外层的层压板3外侧时，或者层压板3在作为电池箱本体外层且防火层5位于相邻两层复合材料铺层6时，防火层5与层压板3的厚度比值范围为0-4.0。
作为使用在实施例中的防火层5选用玻璃纤维织物或毡或者高硅氧布或者铝箔防火布或者含石墨矿物纤维毡制作，而防火层5的厚度，只需满足在0.05mm-2.0mm之间就可以了。
夹芯层4选用泡沫或者蜂窝材料制作。
本申请中提供的由复合材料铺层6压合成型的层合板，结合夹芯层以及防火层的布设，使得电池箱本体整体结构钢强度大大提高，降低了在电池箱本体在发生过充、短路、滥用等情况下，电池箱本体被破坏导致火焰穿透整个电池箱本体的风险。
发明人针对改进后的结构与现有技术中的结构做了一个参照对比试验，发现，传统钢材比强度为153MPa/(g/cm3),比刚度为26GPa/(g/cm3)；铝合金比强度为151MPa/(g/cm3),比刚度为26GPa/(g/cm3)；碳纤维复合材料铺层压板比强度为506-1100MPa/(g/cm3),比刚度为 38-81GPa/(g/cm3)，随铺层方向不同而异；玻璃纤维复合材料铺层压板比强度为410-898 MPa/(g/cm3),比刚度为13-28GPa/(g/cm3)，随铺层方向不同而异；三明治结构的夹芯层材料密度通常在200kg/m3以下，因此本申请提供的三明治结构比传统层压板刚度更大，轻量化效果更高。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，包括电池箱本体，其特征在于：电池箱本体为三明治结构，其包括两层层压板，两者叠加形成，其中一层层压板为电池箱本体的外层，一层层压板为电池箱本体的内层；
三明治结构还包括夹芯层，其分布在两层层压板之间；
前述的层压板为包括若干层复合材料铺层压合成型的层合板；
电池箱本体还包括防火层，防火层布设在层压板朝向外部环境的一侧，或者防火层布设在层压板内相邻两层复合材料铺层之间，且此相邻两层复合材料铺层为从层压板朝向外部环境的一侧至另一侧起排序的第一层和第二层；
三明治结构与防火层通过模压或者液体成型形成一体结构。
2.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：层压板与夹芯层的厚度比值范围为0.02-1。
3.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：当防火层布设在作为电池箱本体内层的层压板内侧时，或者层压板在作为电池箱本体内层且防火层位于相邻两层复合材料铺层时，防火层与层压板的厚度比值范围为0.02-4.0。
4.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：当防火层布设在作为电池箱本体外层的层压板外侧时，或者层压板在作为电池箱本体外层且防火层位于相邻两层复合材料铺层时，防火层与层压板的厚度比值范围为0-4.0。
5.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：防火层的厚度范围为0.05mm-2.0mm。
6.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：前述的夹芯层分布在两层层压板之间，其全部覆设或者部分覆设在两层层压板之间。
7.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：前述的夹芯层选用泡沫或者蜂窝材料制作。
8.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱体防火三明治结构，其特征在于：防火层选用玻璃纤维织物或毡或者高硅氧布或者铝箔防火布或者含石墨矿物纤维毡制作。
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