一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包及其制备方法与流程

本发明涉及电动汽车，具体为一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包及其制备方法。

背景技术：

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的不断枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府和汽车行业普遍认识到节能减排是未来汽车行业技术发展的主攻方向。电动汽车作为汽车行业发展的新一代的交通工具，在节能减排，减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。在电动汽车不断发展前进中人们越来越关心的是电动汽车装配电力系统后行驶中的安全问题。电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。

在电动汽车全球化的发展趋势中，电动汽车核心动力系统越来越受到重视。电动汽车核心动力系统能不能超越传统的燃油汽车，将是关系到电池动力汽车能否直接取代燃油汽车成为汽车领域主角的关键。目前在市场上所使用的电池包均是采用金属件制造，多为不锈钢制造，有的汽车厂家为了减轻汽车自身重量，达到较低油耗的目的，采用轻质铝合金制造电池包。金属在使用过程暴露出来较多的缺陷；在使用过程中具有以下的问题：(1)耐腐蚀能力差，需要在电池包内部刷一层防腐涂料。(2)耐高温、耐火等级较低，容易损伤内部动力电池。(3)重量偏重，金属件的材质一般采用不锈钢、铝制件冲压焊接而成，制作工序多，环境污染大。(4)金属电池包防火等级较低，在电池内部着火时不能给车上乘员有足够的逃生时间。(5)金属电池包对使用环境有限制，高温或者低温都会对其电池包产生影响，容易导致内部电池损坏或者失效。(6)在电动汽车使用过程中间容易出现内部电池包锈蚀和绝缘涂层失效的问题，维修费时费力，不好进行拆卸。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包及其制备方法；通过复合材料设计电池包，防火等级高，轻质高强，耐腐蚀。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包，由依次铺层的一层玄武岩纤维布，两层碳纤维布，一层玄武岩纤维布，三层碳纤维布和一层玄武岩纤维布模压成型，所有纤维布内均浸润有中温环氧树脂。

优选的，一层玄武岩纤维布厚度为0.35-0.5mm，一层碳纤维布厚度为0.15-0.2mm。

一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包制备方法，包括如下步骤，

步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量(9-10):(2.5-3)的比例进行混合，搅拌均匀后放置8-12分钟；

步骤2，纤维布的有序铺层；将分别混合有中温环氧树脂的一层玄武岩纤维布，两层碳纤维布，一层玄武岩纤维布，三层碳纤维布和一层玄武岩纤维布依次铺设在阳模之上；各层铺层完成后通过HP-RTM工艺进行处理，完成中温环氧树脂的浸渍；

步骤3，阴阳模具合模；阴阳模具固定装夹后，将模具夹装产品加热到45-60℃，在50-80吨压力下保持30-40min进行预成型；然后将模具夹装产品在100-120吨压力下加热到100℃-110℃后，保持30min-40min进行模压；

步骤4，模固；将模具夹装产品置于固化炉之中，升温至150-170℃后保温2-4小时进行固化；

步骤5，完成固化后冷却至室温，开模进行表面处理得到所述电池包。

进一步，步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量10:3的比例进行混合，搅拌均匀后置于阴凉处放置10分钟。

进一步，步骤2中，将玄武岩纤维和碳纤维与中温环氧树脂混合后，通过多维度全自动铺丝设备进行有序铺层；以150mm为基准宽度，以27-133kgf的预紧力进行压装，通过0°、45°、-45°和90°的出丝咀依次进行铺层，铺层过程中保证27℃-32℃的台面温度。

再进一步，当宽度为300mm时，预紧力为27-173kgf。

进一步，步骤3中，模具夹装产品在100-120吨压力下加热的升温速率为4-6℃/min，待温度到达100℃-110℃时，升温停止。

进一步，步骤4中，固化时的升温速率为1.2-1.8℃/min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的电池包全部采用纤维制成，相比较原有金属电池包减重50％-70％，通过间隔设置的玄武岩纤维布层增强，耐高温可达到850℃以上，正常工作温度可达到300℃左右，比不锈钢正常工作温度高100℃，能在电池包内部起火时给乘员留足逃生时间；碳纤维增强层分为间隔的两部分，每部分分别呈多层集中布设，从而将电池包的刚度增加为原来的三倍。不仅轻质高强、防火等级高、耐腐蚀，而且能够有效的提高电池管理系统(BMS)的管理效率和防护。

本发明所述的制备方法，采用碳纤维、玄武岩纤维、环氧中温树脂作为制作原料，通过铺层设计后进行模压固化成型，碳纤维铺层在中间起到增强整体产品刚度作用，玄武岩纤铺设在表面起到绝缘、防腐、耐高温的作用，各层之间以环氧树脂为基体相互连接达到完整的统一性，制备工艺操作简单。玄武岩纤维防火具有永久的阻燃性能，永久性防静电织物，全频道电磁屏蔽织物，极限氧指数(LOI％)70以上，强力和耐摩擦性极佳,对人体无害。使用中具有不燃性、阻燃无烟、耐高温、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。在1100℃的火焰作用下，不变形、不爆裂。可在潮湿、蒸气、烟雾、含化学气体等恶劣的环境下起到防护作用。无石棉及玻璃纤维成份，永久耐火。灭火性能好，重量轻，易储存，如无破损可永久使用。

进一步的，通过多维度全自动铺丝设备将玄武岩纤维、碳纤维混合中温环氧树脂进行有序铺层，提高成本利用率，降低产品在使用过程的尺寸误差。

附图说明

图1为本发明实例中所述电池包的结构示意图。

图2为本发明实例中所述铺层结构示意图。

图中：第一玄武岩层1，第二炭纤维层2，第三玄武岩层3，第四炭纤维层4，第五玄武岩层5。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包，通过复合材料电池包的设计，解决传统电池包存在的防火等级低、易腐蚀、能量消耗高的缺点。如图1和图2所示，其包括依次铺层设置的第一玄武岩层1，第二炭纤维层2，第三玄武岩层3，第四炭纤维层4和第五玄武岩层5；各层均浸润有中温环氧树脂。其中，第一玄武岩层1，第三玄武岩层3和第五玄武岩层5均包括一层玄武岩纤维布，第二炭纤维层2包括两层碳纤维布，第四炭纤维层4包括三层碳纤维布。

现有技术中，常采用的铝合金的导热率为237w/mK，不锈钢的导热率为15-18w/mK,玄武岩纤维导热率为2.177w/mK。在相同条件下玄武岩复合材料能够维持安全时间更加的长。保证在高温环境下电动车动力电池能够正常工作，提高了电池管理系统(BMS)的管理能力，电动汽车动力电池系统采用CAN通信协议，在保证每一个电池单体独立工作的同时，又能将电池板的动力汇聚在一起。

本发明一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包制备方法，具体包括如下步骤。

步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量(9-10):(2.5-3)的比例进行混合，搅拌均匀后放置8-12分钟；优选的质量比例为10:3，放置10分钟。

步骤2，按照尺寸进行碳纤维和玄武岩纤维布的剪裁，按照设定好的层数进行铺层，碳纤维为五层，每一层厚度0.15-0.2mm，优选为0.2mm；玄武岩纤维为3层，每层厚度0.35-0.5mm，优选为0.5mm；产品厚度优选为2.5mm。将中温环氧树脂与纤维布混合，先将一层玄武岩纤维布铺于阳模之上，再铺设两层碳纤维布，再铺设一层玄武岩纤维布，再铺设三层碳纤维布，最后一层铺设玄武岩纤维布，各层铺设完成后通过HP-RTM工艺进行处理。

步骤2，将铺好的阳模合于阴模之上，进行固定装夹，确保受力均匀；将模具夹装产品加热到45-60℃，在50-80吨压力下保持30-40min进行预成型；然后将模具夹装产品在100-120吨压力下加热到100℃-110℃后，保持30min-40min进行模压；从而分阶段模压；

步骤4，模固；将模具夹装产品置于固化炉之中，升温至150-170℃后保温2-4小时进行固化；优选升温至150℃固化3小时。固化时的升温速率为1.2-1.8℃/min；优选1.5℃/min。从而能够在整个升温的不同温度阶段进行固化。

步骤5，待出炉后冷却至室温开模和表面处理。

具体参加如下实例。

实例1

本发明一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包制备方法，包括如下步骤，

步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量9:2.5的比例进行混合，搅拌均匀后放置8分钟；

步骤2，纤维布的有序铺层；将分别混合有中温环氧树脂的一层玄武岩纤维布，两层碳纤维布，一层玄武岩纤维布，三层碳纤维布和一层玄武岩纤维布依次铺设在阳模之上；各层铺层完成后通过HP-RTM工艺进行处理，完成中温环氧树脂的浸渍；具体的，将玄武岩纤维和碳纤维与中温环氧树脂混合后，通过多维度全自动铺丝设备进行有序铺层；以150mm为基准宽度，以27-133kgf的预紧力进行压装，通过0°、45°、-45°和90°的出丝咀依次进行铺层，铺层过程中保证27℃-32℃的台面温度。当宽度为300mm时，预紧力为27-173kgf。

步骤3，阴阳模具合模；阴阳模具固定装夹后，将模具夹装产品加热到45℃，在50吨压力下保持30min进行预成型；然后将模具夹装产品在100吨压力下加热到100℃后，保持30min进行模压；模具夹装产品在100吨压力下加热的升温速率为4℃/min，待温度到达100℃时，升温停止。

步骤4，模固；将模具夹装产品置于固化炉之中，升温至150-170℃后保温3小时进行固化；固化时的升温速率为1.5℃/min。

步骤5，完成固化后冷却至室温，开模进行表面处理得到所述电池包。

实例2

本发明一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包制备方法，包括如下步骤，

步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量10:3的比例进行混合，搅拌均匀后放置10分钟；

步骤2，纤维布的有序铺层；将分别混合有中温环氧树脂的一层玄武岩纤维布，两层碳纤维布，一层玄武岩纤维布，三层碳纤维布和一层玄武岩纤维布依次铺设在阳模之上；各层铺层完成后通过HP-RTM工艺进行处理，完成中温环氧树脂的浸渍；具体的，将玄武岩纤维和碳纤维与中温环氧树脂混合后，通过多维度全自动铺丝设备进行有序铺层；以150mm为基准宽度，以27-133kgf的预紧力进行压装，通过0°、45°、-45°和90°的出丝咀依次进行铺层，铺层过程中保证27℃-32℃的台面温度。当宽度为300mm时，预紧力为27-173kgf。

步骤3，阴阳模具合模；阴阳模具固定装夹后，将模具夹装产品加热到50℃，在60吨压力下保持35min进行预成型；然后将模具夹装产品在110吨压力下加热到105℃后，保持35min进行模压；模具夹装产品在110吨压力下加热的升温速率为5℃/min，待温度到达105℃时，升温停止。

步骤4，模固；将模具夹装产品置于固化炉之中，升温至160℃后保温2小时进行固化；固化时的升温速率为1.2℃/min。

步骤5，完成固化后冷却至室温，开模进行表面处理得到所述电池包。实例3

本发明一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包制备方法，包括如下步骤，

步骤1，中温环氧树脂制备；中温环氧树脂和固化剂在室温下按照质量10:2.5的比例进行混合，搅拌均匀后放置12分钟；

步骤2，纤维布的有序铺层；将分别混合有中温环氧树脂的一层玄武岩纤维布，两层碳纤维布，一层玄武岩纤维布，三层碳纤维布和一层玄武岩纤维布依次铺设在阳模之上；各层铺层完成后通过HP-RTM工艺进行处理，完成中温环氧树脂的浸渍；具体的，将玄武岩纤维和碳纤维与中温环氧树脂混合后，通过多维度全自动铺丝设备进行有序铺层；以150mm为基准宽度，以27-133kgf的预紧力进行压装，通过0°、45°、-45°和90°的出丝咀依次进行铺层，铺层过程中保证27℃-32℃的台面温度。当宽度为300mm时，预紧力为27-173kgf。

步骤3，阴阳模具合模；阴阳模具固定装夹后，将模具夹装产品加热到60℃，在80吨压力下保持40min进行预成型；然后将模具夹装产品在120吨压力下加热到110℃后，保持40min进行模压；模具夹装产品在120吨压力下加热的升温速率为6℃/min，待温度到达110℃时，升温停止。

步骤4，模固；将模具夹装产品置于固化炉之中，升温至170℃后保温4小时进行固化；固化时的升温速率为1.8℃/min。

步骤5，完成固化后冷却至室温，开模进行表面处理得到所述电池包。

以上所述仅为本发明的实施案例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所述的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。