一种具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱的制作方法

本实用新型属于电池技术领域，涉及一种具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱。

背景技术：

复合材料电池箱在新能源汽车上的应用前景广阔，其相对于传统金属材质的电池箱，对新能源电动车动力系统具有明显的减重效果，可以提升能量密度，提高整车续航里程。在电芯或电芯模组发生过充爆炸时，电解液会直接冲刷箱体上盖，温度高达1400℃，此时，如果电池箱不能承受高温，就会造成火势大范围蔓延，危及整车及人身安全。现有的复合材料电池箱技术方案无法同时满足电动汽车对于电池箱在轻量化、结构性与防火方面的要求，现有复合材料电池箱防火技术方案主要有3种，一种是在树脂与纤维复合的过程中加入填料，经实验验证现有加填料的方案无法通过GB31467.3中对于电池箱的防火要求；第二种是在箱体成型后在表面喷涂防火漆，此种方案需要在箱体成型后增加喷涂工序，生产效率低，成本高，同时还会对空气造成污染；第三种是在箱体中增加防火层的方式，但因防火层与结构层的选材以及结构排布问题必须将结构层或防火层达到比较厚的程度才可以满足电池箱在火烧情况下不会发生结构损坏，无法同时满足电池箱对于轻量化与防火性的要求。

新能源电动汽车动力电池内设置有电池管理系统，置于电池箱体内部，是对动力电池电压、电流、温度进行检测，估算荷电状态，并对动力电池提供有效保护，是电动汽车重要的电控单元，但是电池管理系统所处的电动汽车整车电磁环境异常复杂，对电池管理系统形成较强的电磁干扰，影响其正常工作，对整车的安全可靠运行造成威胁，在电磁屏蔽方面，目前以连续纤维为增强体制备的复合材料电池箱体均未考虑到其应具有的电磁屏蔽功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱，在保证电池箱轻量化的同时能够解决电池箱的防火与电磁屏蔽问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱，包括箱本体和与箱本体配合的箱盖，箱本体和箱盖均依次包括第一耐火层、第一结构层、电磁屏蔽层、第二结构层和第二耐火层，第一耐火层、第一结构层、电磁屏蔽层、第二结构层和第二耐火层通过预浸料模压成型为一体结构。

优选的，第一耐火层和第二耐火层均为酚醛树脂增强纤维。

优选的，第一结构层和第二结构层为树脂增强纤维，树脂为环氧树脂或乙烯基树脂，纤维为玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或几种复合。

优选的，电磁屏蔽层为多孔状铝箔。

优选的，箱本体的第一耐火层的厚度为0.3～0.6mm，箱本体的第二耐火层的厚度为0.3～0.6mm，箱本体的第一结构层的厚度为1～5mm，第二结构层的厚度为1～5mm，电磁屏蔽层的厚度为0.05～0.1mm。

优选的，箱盖的第一耐火层的厚度为0.3～0.6mm，箱盖的第二耐火层的厚度为0.3～0.6mm，箱盖的第一结构层的厚度为0.2～2.5mm，第二结构层的厚度为0.2～2.5mm，电磁屏蔽层的厚度为0.05～0.1mm。

优选的，箱本体和箱盖上对应设有螺栓孔，使用时，箱本体与箱盖通过螺栓连接。

优选的，箱本体外侧设有多个金属吊耳，箱本体与吊耳之间通过螺栓连接。

优选的，箱本体内部设有加强框架，用于支撑电池模组，同时用作线路通道，加强框架的材质为碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。

进一步的，加强框架与箱本体通过结构胶粘接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型的箱本体和箱盖均依次包括耐火层、结构层、电磁屏蔽层、结构层和耐火层，结构层的设置使其能够满足电池箱的结构性要求；电磁屏蔽层可以满足动力电池系统对于电池箱在电磁屏蔽方面的要求；内部的耐火层能够防止电池内部爆炸时火势向外蔓延，伤及整车及人身安全，外层的耐火层能够防止外部的高温或火势对电池箱内部电池产生影响，从而达到内外双重防火的效果，保证电池箱的安全性。并且，本实用新型在保证电池箱结构性和功能性的基础上，还能够很好的保证轻量化要求。此外，本实用新型的结构是通过模压成型为一体结构，结构稳定性好，不会出现耐火层脱落的现象。本实用新型通过防火层、结构层、电磁屏蔽层的合理布置，一次成型的方式制备出一种同时满足轻量化、结构化与防火、电磁屏蔽等功能性的复合材料电池箱。

进一步的，酚醛树脂因其在高温下具有较高的残炭率，形成致密碳层阻止火势冲刷与蔓延，因此具有耐烧蚀特点，但因其韧性差，无法单独用于复合材料结构件。例如，CN 206441793 U中提出用酚醛树脂增强纤维为原材料制作复合材料电池箱盖中的面板，而电池箱体与箱盖边框仍采用金属或其他树脂增强纤维，就是因为酚醛树脂无法满足结构材料的要求。而本实用新型通过将酚醛树脂增强纤维和结构材料环氧树脂增强纤维复合使用，不但能够发挥酚醛树脂的耐火性，提高电池箱体耐火性，而且也使其满足结构性要求。

附图说明

图1为本实用新型夹层结构示意图；

图2为本实用新型电池箱结构图；

图3为本实用新型箱本体结构图；

图4为本实用新型箱盖结构图；

图5为本实用新型电池箱电磁屏蔽层用铝箔结构图。

图中：第一耐火层1、第一结构层2、电磁屏蔽层3、第二结构层4、第二耐火层5。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型所述的具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱，包括箱本体和与箱本体配合的箱盖，箱本体和箱盖均依次包括第一耐火层1、第一结构层2、电磁屏蔽层3、第二结构层4和第二耐火层5，第一耐火层1、第一结构层2、电磁屏蔽层3、第二结构层4和第二耐火层5通过预浸料模压成型为一体结构，如图1所示。电池箱如图2所示，箱本体如图3所示，箱盖如图4所示。

第一耐火层1和第二耐火层5均为酚醛树脂增强纤维。

第一结构层2和第二结构层4为树脂增强纤维，树脂为环氧树脂或乙烯基树脂，纤维为玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或几种复合。

电磁屏蔽层为多孔状铝箔，如图5所示。

箱本体的第一耐火层1的厚度为0.3mm～0.6mm，箱本体的第二耐火层5的厚度为0.3mm～0.6mm，箱本体的第一结构层2的厚度为1～5mm，第二结构层4的厚度为1～5mm，电磁屏蔽层3厚度为0.05mm～0.1mm。

优选的，箱本体的第一耐火层1的厚度为0.4mm，箱本体的第二耐火层5的厚度为0.4mm，箱本体的第一结构层2的厚度为1mm，第二结构层4的厚度为1mm，电磁屏蔽层3厚度为0.05mm。

箱盖的第一耐火层1的厚度为0.3mm～0.6mm，箱盖的第二耐火层5的厚度为0.3mm～0.6mm，箱盖的第一结构层2的厚度为0.25～2.5mm，第二结构层4的厚度为0.25～2.5mm，电磁屏蔽层3厚度为0.05mm～0.1mm。

优选的，箱盖的第一耐火层1的厚度为0.4mm，箱盖的第二耐火层5的厚度为0.4mm，箱盖的第一结构层2的厚度为0.4mm，第二结构层4的厚度为0.4mm，电磁屏蔽层3厚度为0.05mm。

箱本体与箱盖上对应设有螺栓孔，使用时，箱本体与箱盖通过螺栓连接。

箱本体外侧设有多个金属吊耳，箱本体与吊耳之间通过螺栓连接，使用时，箱本体通过金属吊耳连接在电动汽车底部。

箱本体内部设有加强框架，用于支撑电池模组，同时用作线路通道，加强框架的材质为碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。加强框架与箱本体通过结构胶粘接在箱体底部。加强框架各部分通过拉挤成型后进行机加完成。

本实用新型所述具有耐火和电磁屏蔽功能的轻量化复合材料电池箱采用模压工艺制备，包括如下步骤：

步骤1，模具处理：对复合材料电池箱的模具进行去除油污、水渍和灰尘的处理，在模具表面涂抹脱模剂2～3次，每次涂抹之后进行烘干，时间间隔3～5min，累计脱模剂厚度为0.1mm；

步骤2，在模具上进行连续纤维预浸料铺层：依次铺层为酚醛树脂增强纤维预浸料2层、环氧树脂增强纤维预浸料2层、多孔状铝箔1层、环氧树脂增强纤维预浸料3层、酚醛树脂增强纤维预浸料2层，铺层结束后合模；

步骤3，将已经准备好的模具系统放入压机，温度加热到150℃，保温25min，压力3MPa；

步骤4，脱模且切边打孔。

该实施例中的环氧树脂增强纤维预浸料还可以替换为乙烯基树脂增强纤维预浸料；环氧树脂增强纤维预浸料中的增强纤维，可以是玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或几种复合。

以上所述仅为本实用新型的实施案例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。