CN212571205U - 一种汽车复合材料电池箱三明治结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车复合材料电池箱三明治结构，其中电池箱下箱体为三明治结构，其包括两层叠加的层压板；还包括夹芯层，其整体或多段式铺设在两层层压板之间；层压板包括若干层复合材料铺层，若干层复合材料铺层压合成型；防火层、电磁屏蔽层顺次布设在层压板朝向内部环境的一侧，或者防火层布设在复合材料铺层从层压板朝向内部环境的一侧至另一侧起排序的第二层位置，或者电磁屏蔽层布设在其中一层层压板内任意相邻复合材料铺层之间；三明治结构与电磁屏蔽层、防火层通过模压或者树脂转移灌注一体化成型形成整体结构；本实用新型在满足结构刚性强度要求的同时，有效提高了电池箱体的防火性能、电磁屏蔽性能，同时兼具良好的轻量化效果。

Description

一种汽车复合材料电池箱三明治结构

技术领域

本实用新型涉及一种汽车复合材料电池箱三明治结构，属于电池应用技术领域。

背景技术

新能源电动汽车对汽车轻量化、能量密度的要求在逐年提高，开发者希望开发出质量更轻、安全性能更高的电池箱体结构，以满足对刚强度以及其他性能的需求；在评价电池箱体各项性能的标准中，除了刚强度，电池箱的防火耐烧蚀性能、电磁屏蔽性能也是电池系统评价的重要指标，对于防火耐烧蚀性能是要求电池箱体能防护电池发生过充、短路或者滥用等异常情况下，当电池箱体内部产生高温烧蚀时保持一段时间不被火焰烧穿，对于电磁屏蔽性能是有效阻止电池产生的电磁波能量传递到电池箱外部，进而达到阻止电磁辐射和防止电磁干扰汽车其他电子电气系统的目的。

传统的金属电池箱体将箱体的底板结构增厚增重，同时采用拼焊形成整体结构，无法满足新能源汽车日益提高的轻量化要求；传统复合材料箱体本体采用多块层压板胶接结构，在一定程度上降低了整体刚强度，同时对防火、电磁屏蔽的结构性能设计缺失，存在很大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型提供一种汽车复合材料电池箱三明治结构，在满足结构刚性强度要求的同时，有效提高了电池箱体的防火性能、电磁屏蔽性能，同时兼具良好的轻量化效果。

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三明治结构，包括电池箱上盖和电池箱下箱体，电池箱下箱体为三明治结构，其包括两层叠加的层压板；

三明治结构还包括夹芯层，其整体或多段式铺设在两层层压板之间；

层压板包括若干层复合材料铺层，若干层复合材料铺层压合成型；

还包括电磁屏蔽层和防火层，防火层、电磁屏蔽层顺次布设在层压板朝向内部环境的一侧，或者防火层布设在复合材料铺层从层压板朝向内部环境的一侧至另一侧起排序的第二层位置，或者电磁屏蔽层布设在其中一层层压板内任意相邻复合材料铺层之间；

三明治结构与电磁屏蔽层、防火层通过模压或者树脂转移灌注一体化成型形成整体结构；

作为本实用新型的进一步优选，前述的电池箱下箱体包括两层叠加的层压板，在两层层压板之间铺设多段式夹芯层，且夹芯层为三段，均位于电池箱下箱体的底板内；

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0.02-1.0；

作为本实用新型的进一步优选，电磁屏蔽层与层压板的厚度比值范围为0.02-4.0；

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，电磁屏蔽层的厚度范围为0.05mm-2.0mm，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，前述的电磁屏蔽层选用金属箔或者金属网或者金属薄板或者带有镍涂层的碳纤维毡；

作为本实用新型的进一步优选，前述的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；

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制作；

作为本实用新型的进一步优选，前述的复合材料铺层选用玻璃纤维或者碳纤维或者芳纶纤维材料或者玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维的混合纤维。

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、本实用新型的三明治结构包括两层叠加的层压板，以及在两层层压板之间布设的夹芯层，能够有效满足电池箱上盖或者电池箱下箱体对结构刚强度的要求；

2、本实用新型同时设置防火层和电磁屏蔽层，能够同时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，以及阻止电磁辐射和避免电磁干扰其他汽车电子电器系统的目的；

3、本实用新型通过模压或者树脂转移灌注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，大大减轻了整体结构重量。

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是本实用新型的优选实施例的立体示意图；

图2是本实用新型的优选实施例中夹芯层全部覆设在两层层压板之间的三明治结构剖视图，2a是当层压板作为电池箱内层时，防火层与电磁屏蔽层布设在层压板内侧时候的结构示意图，2b是当层压板作为电池箱外层时，防火层与电磁屏蔽层布设在层压板外侧时候的结构示意图，2c是当层压板作为电池箱内层时，防火层位于复合材料铺层从层压板朝向内部环境的一侧起第二层位置的结构示意图，2d是当层压板作为电池箱外层时，防火层位于复合材料铺层从层压板朝向内部环境的一侧起第二层位置的结构示意图；

图3是本实用新型的优选实施例中夹芯层部分覆设在两层层压板之间即局部三明治结构剖视图，其中，3a为电磁屏蔽层、防火层位于层压板内侧时候的结构示意图，3b为防火层位于复合材料铺层从层压板内侧计算第二层位置时的结构示意图，3c为电磁屏蔽层、防火层位于层压板外侧时候的结构示意图，3d为防火层位于复合材料铺层从层压板外侧计算第二层位置时的结构示意图，3e为电磁屏蔽层、防火层位于层压板外侧时候的结构示意图，3f为防火层位于复合材料铺层从层压板内侧计算第二层位置时的结构示意图，3g为电磁屏蔽层、防火层位于层压板外侧时候的结构示意图，3h为防火层位于复合材料铺层从层压板外侧计算第二层位置的结构示意图。

图中：1为电池箱上盖，2为电池箱下箱体，3为三明治结构，4为层压板，5为夹芯层,6为防火层，7为电磁屏蔽层。

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。

传统金属电池箱体为满足整体刚强度性能要求，电池箱上盖和电池箱下箱体尤其底板结构厚且重，需要通过拼焊形成整体结构，无法满足新能源汽车日益提高的轻量化要求；传统复合材料的电池箱下箱体通常为多块层压板复合结构，整体刚强度性能不容易满足要求，且零件数量和装配工艺的增加很大程度上提升了下底板的成本，减重效果也受到限制；且传统复合材料电池箱体缺乏防火以及电磁屏蔽结构性能设计，会给汽车的使用埋下安全隐患。

针对上述现有技术存在的缺陷，本申请提供一种三明治结构3，在电池箱下箱体2中采用，电池箱上盖1可以采用，也可以仅仅是使用层压板4制作，不做强制性限定，三明治结构3包括两层叠加的层压板4，还包括夹芯层5，其整体或多段式铺设在两层层压板4之间；这里所述的层压板4包括若干层复合材料铺层，若干层复合材料铺层压合成型，在这里发明人想说的是，复合层压板4是目前市面上很常见的板材，构成其的复合材料铺层包括纤维与基体相结合的模式，纤维通常有玻璃纤维或者碳纤维或者芳纶纤维或者是上述纤维的混合形式，基体可以有环氧树脂、聚氨酯、乙烯基树脂或不饱和聚酯等等；三明治结构3的设置可以很好的保证整个电池箱体对刚强度的性能要求。

还设有电磁屏蔽层7和防火层6，防火层6、电磁屏蔽层7顺次布设在层压板4朝向内部环境的一侧，或者防火层6布设在复合材料铺层从层压板4朝向内部环境的一侧至另一侧起排序的第二层位置，或者电磁屏蔽层7布设在其中一层层压板4内任意相邻复合材料铺层之间；电磁屏蔽层7以及防火层6的设置可以满足防火以及电磁屏蔽的需求，解决汽车安全隐患的问题。

三明治结构3与电磁屏蔽层7、防火层6通过模压或者树脂转移灌注一体化成型形成整体结构，一体成型的复合材料三明治结构3不但具有高的刚强度和极好的轻量化效果，同时可以使电池箱体依靠电磁屏蔽层7对电磁波的反射和吸收作用，达到阻止电磁辐射和防止电磁干扰电磁箱外电子电器设备的作用，当电池箱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6能够起到很好的隔热效果，隔绝火焰，削减热传递；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，在保证整个结构在具有较高刚强度的前提下，实现了整个结构轻量化的效果。

实施例：

本申请提供图1所示的优选实施例，需要提前说明的是，三明治结构3有多种结构排布方式，三明治结构3中，夹芯层5可以是全部覆设在两层层压板4之间，也可以部分覆设在两层层压板4之间，部分铺设在两层层压板4之间的时候形成多段式结构，图2中显示的是夹芯层5全部覆设在两层层压板4时候的结构剖视图，2a是当层压板4作为电池箱内层时，防火层6与电磁屏蔽层7布设在层压板4内侧时候的结构示意图，2b是当层压板4作为电池箱外层时，防火层6与电磁屏蔽层7布设在层压板4外侧时候的结构示意图，在2a和2b的这种情况下，防火层6与电磁屏蔽层7没有上下层之分，防火层6可以位于电磁屏蔽层7的上方，也可以位置与电磁屏蔽层7的下方，2c和2d是当防火层6、电磁屏蔽层7位于层压板4内部时候的结构剖视图，层压板4是由若干层复合材料铺层压合成型，2c情况下是当层压板4作为电池箱内层时，防火层6位于复合材料铺层从层压板4朝向内部环境的一侧起第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置不做限定，2d情况下是当层压板4作为电池箱外层时，防火层6位于复合材料铺层从层压板4朝向内部环境的一侧起第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置同样不做限定；

从图1中可以看出，电池箱上盖1为一层层压板4构成，电池箱下箱体2的边框同样仅包含一层层压板4，但是电池箱下箱体2的底板，在两层层压板4之间部分覆设夹芯层5，选用的位置有三处，图1中可以明显看到凸起的部分就是设有夹芯层5的位置，每两个凸起部分之间的距离可以相同也可以不相同；图3给出了在两层层压板4中部分覆设夹芯层5的多种可能的结构示意图，凸起部分包括两层层压板4，两层层压板4之间设有夹芯层5，其余地方仅仅包含两层层压板4紧密贴合，当夹芯层5的凸起部分在电池箱内层时本申请提供四种情况，3a为电磁屏蔽层7、防火层6位于层压板4内侧时候的结构示意图，3b为防火层6位于复合材料铺层从层压板4内侧计算第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置不做限定，3c为电磁屏蔽层7、防火层6位于层压板4外侧时候的结构示意图，3d为防火层6位于复合材料铺层从层压板4外侧计算第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置同样不做限定；

当夹芯层5的凸起部分在电池箱外层时本申请同样提供四种情况，3e为电磁屏蔽层7、防火层6位于层压板4外侧时候的结构示意图，3f为防火层6位于复合材料铺层从层压板4内侧计算第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置不做限定，3g为电磁屏蔽层7、防火层6位于层压板4外侧时候的结构示意图，3h为防火层6位于复合材料铺层从层压板4外侧计算第二层位置，此时电磁屏蔽层7是可以在任意相邻两层复合材料铺层之间的，位置同样不做限定；

在本申请中，防火层6为什么要位于复合材料铺层从层压板4朝向内部环境的一侧至另一侧起排序的第二层位置，这是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不受损坏，如果防火层6太靠近内部，等防火层6起作用的时候，其他复合材料铺层可能存在被烧穿的风险。

在实施例中，层压板4与夹芯层5的厚度比值范围为0.02-1.0，电磁屏蔽层7与层压板4的厚度比值范围为0.02-4.0；

电磁屏蔽层7与层压板4的厚度比值范围为0.02-4.0，但是对于防火层6与层压板4的厚度比值，同样要分情况，当防火层6布设在作为电池箱内层的层压板4内侧时，或者层压板4在作为电池箱内层且防火层6位于相邻两层复合材料铺层之间时，防火层6与层压板4的厚度比值范围为0.02-4.0，当防火层6布设在作为电池箱外层的层压板4外侧时，或者层压板4在作为电池箱本体外层且防火层6位于相邻两层复合材料铺层之间时，防火层6与层压板4的厚度比值范围为0-4.0；电磁屏蔽层7的厚度范围为0.05mm-2.0mm，防火层6的厚度范围为0.05mm-2.0mm；

电磁屏蔽层7选用金属箔或者金属网或者金属薄板或者带有镍涂层的碳纤维毡；

防火层6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；

夹芯层5选用泡沫或者蜂窝制作。

将本申请提供的优选实施例进行实验，从选用材料结合采用三明治结构3来看，当复合材料铺层选用玻璃纤维复合材料时，其考虑到铺层方向的不同，比强度范围为410-898MPa/(g/cm³),比刚度范围为13-28GPa/(g/cm³)，当复合材料铺层选用碳纤维复合材料时，其考虑到铺层方向的不同，比强度范围为506-1100MPa/(g/cm³),比刚度为38-81GPa/(g/cm³)，同时由于三明治结构3的设置，其夹芯材料密度通常在200kg/m³以下，与传统钢材以及铝合金的比强度、比刚度范围相比，本申请的层压板4刚度更大，轻量化效果更佳；

从设置电磁屏蔽层7来看，电磁屏蔽层7厚度为0.05mm-1mm，在频率为1-8.5GHz时的电磁屏蔽效能为30dB-120dB，电磁屏蔽的效果也获得了较大提升；

因此基于试验结果，发现本申请提供的优选实施例较现有技术的刚度、强度均具有较高的提升，同时在防火性能、电磁屏蔽性能方面也具有较高的优势。

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三明治结构，包括电池箱上盖和电池箱下箱体，其特征在于：电池箱下箱体为三明治结构，其包括两层叠加的层压板；

三明治结构还包括夹芯层，其整体或多段式铺设在两层层压板之间；

层压板包括若干层复合材料铺层，若干层复合材料铺层压合成型；

还包括电磁屏蔽层和防火层，防火层、电磁屏蔽层顺次布设在层压板朝向内部环境的一侧，或者防火层布设在复合材料铺层从层压板朝向内部环境的一侧至另一侧起排序的第二层位置，或者电磁屏蔽层布设在其中一层层压板内任意相邻复合材料铺层之间；

三明治结构与电磁屏蔽层、防火层通过模压或者树脂转移灌注一体化成型形成整体结构。

2.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：前述的电池箱下箱体包括两层叠加的层压板，在两层层压板之间铺设多段式夹芯层，且夹芯层为三段，均位于电池箱下箱体的底板内。

3.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：层压板与夹芯层的厚度比值范围为0.02-1.0。

4.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：电磁屏蔽层与层压板的厚度比值范围为0.02-4.0；

防火层与层压板的厚度比值范围为0.02-4.0。

5.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：电磁屏蔽层的厚度范围为0.05mm-2.0mm，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三明治结构，其特征在于：前述的电磁屏蔽层选用金属箔或者金属网或者金属薄板或者带有镍涂层的碳纤维毡。

7.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：前述的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。

8.根据权利要求1所述的汽车复合材料电池箱三明治结构，其特征在于：前述的夹芯层选用泡沫或者蜂窝制作。

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