包括柔性电磁屏蔽膜的复合材料半成品的制作方法

本发明涉及塑料产品的技术领域。

具体地，本发明涉及一种具有电磁屏蔽特性的复合材料(半成品)，该复合材料用于制造用于封装车载电气系统(例如电池)的箱体。

背景技术：

为了封装用于混合动力或电动车辆的电池组，目前经常采用的解决方案是完全由金属、尤其是铝制成的箱体。选择该金属的原因在于其机械强度和为了屏蔽电池和其它电气构件产生的强磁场而必不可少的电磁屏蔽特性。

然而，金属箱体增大了安装有这些箱体的车辆的重量，并且不具有对外的电绝缘。而且，这些箱体会对使用者造成潜在的危险。最后，金属箱体仅具有较弱的绝热性能，这样无法胜任在外部温度变化的情况下对电池内部温度的维持和控制。

为了解决该重量问题，已知使用至少部分地由聚合物或复合材料制成的箱体，其中复合材料是包括热塑性或热固性树脂和加强纤维的类型。

此外，为了给这些部分地由复合材料制成的箱体赋予电磁屏蔽特性，还已知以下方法：

-借助于导电漆的金属化：该解决方案在车载电池系统所涉及的频率和功率范围中不够有效；

-金属栅、金属网或三维金属网(métal déployé)的包覆成型：该方法的优点在于能够集成到模制方法中。实际上，能够拉伸金属层以贴合部件的形状。然而，即使能够增大厚度而由此在低频率中相对有效，该解决方案在屏蔽效率上也是不足的，这主要是因为网的网眼之间的开口和不连续性；

-金属化表面处理，例如借助于喷涂熔融金属或电解沉积Zn、Cu或Al：该方法看起来是有效的。然而，该方法可能会需要很大的沉积厚度。这在加工工艺、循环时间和为了保持机动车生产节奏而要部署的工业装置方面造成问题；

-使用具有高磁性特性的、所谓“μ金属”的特殊金属，其中所述高磁性特性一般是通过具有高镍含量的含铁材料获得的。众所周知这些金属作用于低频率的电磁场上非常有效。该解决方案对于车辆是最合适的。然而，该解决方案根据磁场功率具有饱和效应，尤其是在更高的频率下，该解决方案因此也必须以较大的厚度实现以弥补该现象，这迅速导致重量的问题，这是因为所述材料具有比钢更大的密度。

-此外，在科学文献中已知多层效应的优点：屏蔽层位于屏障的表面上而非中芯处是非常有效的。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过提供一种半成品来解决这些缺陷，该半成品能够实现适应于车辆在形状和体积利用方面的需求的箱体，同时确保电磁屏蔽性能。为此，符合本发明的半成品包括热塑性或热固性的基质和加强填充物，以及至少一张位于半成品厚度中的电磁屏蔽膜，该电磁屏蔽膜包括开孔。

与利用金属或带有金属喷涂物的复合材料的解决方案相比，符合本发明的半成品能够为解决方案的整体(封装车辆电池并集成屏蔽的完整箱体)节省质量。

而且，能够以高生产节奏连续流线地实施该箱体制造方法。

优选地，开孔的总面积远小于构成电磁屏蔽膜的材料的面积。

根据本发明，电磁屏蔽膜可以按规则的间隔被穿孔，并且该膜可以不是平面的。

优选地，电磁屏蔽膜是柔性金属膜或经过金属化处理的膜。电磁屏蔽膜例如可以是铝制膜。

根据一个实施例，电磁屏蔽膜位于半成品的表面处。

半成品可以呈片材的形式，并且电磁屏蔽膜可以埋入该片材的厚度中。然而，电磁屏蔽膜也可以夹在两个复合材料片材之间，构成柔性芯件。

半成品可以包含至少一个包括两张被电绝缘介质分隔的电磁屏蔽膜的层。

半成品可以包括多个电磁屏蔽膜条带，这些条带具有非零的重叠部分。这些条带可以涂覆有树脂和/或与所述热塑性或热固性基质的树脂化学兼容的物质。

本发明还涉及一种用于容置车载的机动车驱动电能的存储和/或传输设备的箱体，该箱体呈现出完全封闭用于接收该设备的容置空间的表面。该箱体是用符合本发明的半成品制成的。

本发明还涉及一种用于通过模制来制造部件的方法，在该方法中，使用多条符合本发明的半成品的条带，并且将这些条带布置为使得在模制之后，整个部件在沿着与部件表面正交的方向上覆盖有至少一个电磁屏蔽膜厚度。

根据本发明，该部件可以是用于容置车载的机动车驱动电能的存储和/或传输设备的箱体，并且借助于凸模-凹模类型的模具实现以下步骤：

-在模具的一个壁上布置多条符合权利要求1至12中任一项所述的半成品SP的条带，以使得在打开模具之后，箱体的整个表面被电磁屏蔽膜FBE覆盖；

-合拢模具，施加选择为能够使热塑性或热固性基质流动和聚合的压强和温度，以使得该基质通过穿过电磁屏蔽膜FBE的开孔ORI而确保粘附；以及

-将由此获得的箱体脱模。

在打开模具之后，箱体的整个表面都能够通过彼此交迭的不连续的半成品条带而被电磁屏蔽膜覆盖。

最后，每条条带之间的交迭尺寸优选地至少为30至40mm。

附图说明

阅读示例性地提供且绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

图1示出了符合本发明的半成品的一个实施例。

图2示出了夹在两张屏蔽膜之间使用的电绝缘介质。

图3示出了一张起伏不平的屏蔽膜及其在模制时的使用。

图4示出了用于成形无电磁泄露的成品的半成品条带的布置方法。

具体实施方式

本发明涉及一种半成品SP，该半成品在图1中被示出，其包括：

-包括以下成分的复合材料MC：

○热塑性或热固性基质(PP、PA、UP或VE)；

○纤维性加强填充物(玻璃、天然纤维、碳等)；和/或

○粉状加强填充物，例如碳酸钙。

-至少一张布置在半成品厚度中并包括一组开孔ORI的电磁屏蔽膜FBE。

电磁屏蔽膜FBE的开孔ORI能够确保复合材料MC与屏蔽膜FBE的粘附。实际上，在基于符合本发明的半成品SP来模制部件时，材料在固化之前流动FLU穿过开孔ORI。

将开孔ORI的尺寸最小化，以确保电磁屏蔽。但是，也需要折中以进一步使基于该半成品制成的成品部件的重量最小化。

与栅不同地，开孔ORI的总面积远小于屏蔽膜的材料的面积。

优选地，按规则的间隔将电磁屏蔽膜FBE穿孔，以提供均匀的粘附。

电磁屏蔽膜FBE可以是金属膜。优选地，该膜是柔性的，这样它在限制成品部件的重量的同时仅确保电磁屏蔽功能，而不提供加强半成品的功能。

屏蔽膜FBE优选地是铝制的。该膜具有优选地介于0.1和0.5mm之间的厚度。

电磁屏蔽膜FBE也可以是基于与所用复合材料兼容的基质制成的经金属化的膜。

根据一个实施例，电磁屏蔽膜FBE不是平面的，而是具有折叠。例如，如在图3中所示，膜可以具有例如呈同心圆金字塔形式的起伏不平的形状。如图3所示，由于膜会“展开”，这种形态能够在模制时伴随复合材料的流动FLU。这样能够避免膜被扯破。

优选地，符合本发明的半成品SP以(有可能是成卷的)片板状来制备，该片板包括一个或多个复合材料片材。

根据第一实施例，将屏蔽膜FBE埋在复合材料片材的厚度中。

根据第二实施例，集成屏蔽膜的复合材料半成品包括：

-第一复合材料片材；

-第二复合材料片材；

-夹在这两个复合材料片材之间的金属膜或经金属化的膜，该膜构成柔性芯件，并按规则的间隔被穿孔。

这两个实施例的优点在于为屏蔽膜提供了对抗侵蚀或腐蚀的保护。而且，所获得的屏蔽系统在部件表面处不是导体。由此降低与带电元件接触的风险。

然而，根据一个变型，将屏蔽膜FBE布置在复合材料片材的表面处。

根据一个实施例，符合本发明的半成品SP包括多张屏蔽膜FBE。这些膜可以具有不同的构成和/或厚度和/或形状。

根据另一实施例(图2)，如图2所示，半成品SP包含至少一个包括两张符合本发明的电磁屏蔽膜FBE的层，由电绝缘介质ISO(例如由聚合物构成)将这两张电磁屏蔽膜分隔。符合本发明的半成品SP可以包括一个或多个这种层，也可以结合或不结合其它屏蔽膜FBE。绝缘介质ISO也可以是以与电磁屏蔽膜FBE相同的方式穿了孔的。

本发明还涉及一种容置箱体，以容置车载的机动车驱动电能的存储和/或传输的设备。所述箱体呈现出完全封闭用于接收该设备的容置空间的表面。该箱体是用符合本发明的半成品SP制成的。

本发明还涉及一种箱体的制造方法，其中所述箱体用于封装车载的电池系统。

为了基于符合本发明的半成品来模制例如箱体的部件，使用一个至多个的半成品条带，将这些半成品条带布置为使得在模制之后，整个部件在沿着与部件表面正交的方向上覆盖有至少一个电磁屏蔽膜FBE厚度。由此，部件不包括任何屏蔽膜的断裂，这是为了避免任何电磁场的泄露。

有利地，半成品可以已经包括具有非零重叠部分的多个电磁屏蔽膜FBE的条带BAND，以方便这个包覆工具OUT的形状的操作。在图4中示出了该配置。该工具OUT要么是能够在压力下加工部件的模具，要么是能够在将半成品加载到模具中之前用半成品来实现预成型体的形状。有利地，在制造半成品时，所述条带涂覆有树脂或与所用树脂化学兼容的物质，以方便其在部件加工工艺时的滑动并方便在部件厚度中的粘附。

根据一个例子，为了实现符合本发明的部件(箱体)，使用例如凹模-凸模类型的模具，并实现以下步骤：

-在模具凸模的壁上布置多条符合本发明的半成品SP的条带，以使得在打开模具之后，箱体的整个表面被电磁屏蔽膜覆盖，并使得整个该形状在沿着与部件表面正交的方向上覆盖有至少一个屏蔽膜厚度。将这些条带布置为彼此交迭的形式。这样地设置交迭尺寸并布置交迭，以使得在合拢凹模部分之后，这些条带滑动以形成部件，并使得部件的整个表面通过不连续的条带被电磁屏蔽膜覆盖。根据一个例子，每条条带之间的交迭的尺寸最小为30至40mm。

-合拢模具，施加选择为能够使热塑性或热固性基质流动和聚合的压强和温度。也可以施加低压强(低于20bar)，但有利地施加高压强(高于80bar)，以使得复合材料在模腔中流动，并通过穿过电磁屏蔽膜的开孔而确保粘附。

-将由此获得的部件脱模。

根据一个实施例，为了确保在部件边缘处也存在膜，将模具的模腔设置为比成品部件更大。由此，制造方法结束于对从模具中取出的部件的重新切割操作。