一种复合材料、电池箱以及一种汽车

1.本发明涉及电池包技术领域，特别涉及一种复合材料、电池箱以及一种汽车。


背景技术：

2.电动化是我国汽车发展的主要趋势之一，以锂电池为主的新能源汽车市场占有率逐渐增加。电池箱作为新能源汽车动力电池的重要承载部件，对电芯模块供电稳定性和安全防护起着重要作用，需满足耐冲击、耐高温、抗扭转等不同工况的承载性能要求。同时，为进一步降低整车整备质量，电池箱的质量也需满足轻量化要求。
3.目前，国内外整车制造厂和电池制造企业已专门开发了全铝电池箱框架,以降低电池包总重量，但铝合金开发成本高、变形大；全钢制的电池箱虽变形小、成本低，但难以满足轻量化需求；需要开发一种新型电池箱材料结构，以满足轻量化和强度的要求。而且传统的轻质金属材料耐高温能力差，抗冲击能力一般，耐腐蚀性能及强度达不到使用需求。
4.此外，现有电池包箱体还存在连接点强度不足、使用寿命短、表面易刮伤等缺陷；因此，期待开发一种重量轻、连接强度高、防护效果和保温效果良好的电池箱。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种复合材料、电池箱以及一种汽车，旨在解决现有电池箱存在耐冲击、耐高温、抗扭转等不同工况的承载性能达不到要求、且质量重，以及连接强度较低的问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种复合材料，用于电动汽车的电池箱，包括以下质量分数的原料：
7.碳纤维布50％～60％、芳纶纤维布10％～15％、陶瓷8％～12％、环氧树脂基体20％～30％。
8.可选地，所述碳纤维布包括t700、t800、t1000中至少一种；和/或，
9.所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂中至少一种；和/或，
10.所述陶瓷包括碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷和石英陶瓷中任一种。
11.可选地，所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂
，
所述环氧树脂基体中各组分的质量份数为：环氧树脂100份、热固性树脂0～15份、固化剂22～55份。
12.本发明还提出一种电池箱，包括箱主体，所述箱主体的材质包括如上所述的复合材料。
13.可选地，所述箱主体包括箱盖和下箱体，所述箱盖和下箱体之间通过连接结构连接，所述连接结构包括设置在所述箱盖和所述箱体之间的铆接结构。
14.可选地，所述箱盖的下端向外翻折延伸出上折边；
15.所述下箱体的上端向外翻折延伸出下折边，所述上折边和所述下折边直接贴接；
16.所述铆接结构连接所述上折边和所述下折边设置。
17.可选地，所述上折边与所述下折边之间设置有密封条；和/或，
18.所述上折边与所述下折边的外端均向下翻折，以使得所述上折边套设在所述下折边的外侧；
19.所述箱盖上还设有套设在所述上折边外侧的压板。
20.可选地，所述铆接结构包括穿设于所述上折边和所述下折边的钉体、以及与所述钉体的一端连接的拉铆螺母。
21.可选地，所述拉铆螺母包括平头拉铆螺母、大沉头拉铆螺母、小沉头拉铆螺母、全六角通孔拉铆螺母中任一种。
22.本发明还提出一种汽车，所述汽车包括如上所述的电池箱。
23.本发明技术方案通过采用陶瓷、碳纤维布、芳纶纤维布等材料用于制备电池箱，并将上述材料按特定的质量分数进行配比，充分发挥各自的性能，陶瓷一类的无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点；碳纤维强度和模量高，质量轻、比性能高，耐高温，耐疲劳性好；芳纶纤维具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能；它们组成复合材料能大幅度地提高电池箱的抗冲击、耐高温、抗扭等各项性能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明电池箱一实施例的结构示意图；
26.图2为图1中电池箱的纵向半剖视图；
27.图3为图2在a处的局部放大示意图。
28.本发明提供的实施例附图标号说明：
29.标号名称标号名称100电池箱4密封条1箱盖5铆接结构11上折边51钉体2下箱体52拉铆螺母21下折边6方管3压板
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30.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，
则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
34.目前，国内外整车制造厂和电池制造企业已专门开发了全铝电池箱框架,以降低电池包总重量，但铝合金开发成本高、变形大；全钢制的电池箱虽变形小、成本低，但难以满足轻量化需求；需要开发一种新型电池箱材料结构，以满足轻量化和强度的要求。而且传统的轻质金属材料耐高温能力差，抗冲击能力一般，耐腐蚀性能及强度达不到使用需求。
35.鉴于此，本发明提出一种复合材料，旨在解决现有的全铝电池箱框架质量重，耐高温能力差，抗冲击能力一般，耐腐蚀性能及强度达不到使用需求的问题。参照图1至3，图1为本发明电池箱一实施例的结构示意图；图2为图1中电池箱的纵向半剖视图；图3为图2在a处的局部放大示意图。
36.在本发明实施例中，该复合材料用于电动汽车的电池箱100，包括以下质量分数的原料：碳纤维布50％～60％、芳纶纤维布10％～15％、陶瓷8％～12％、环氧树脂基体20％～30％。
37.本发明技术方案通过采用陶瓷、碳纤维布、芳纶纤维布等材料用于制备电池箱100，并将上述材料按特定的质量分数进行配比，充分发挥各自的性能，陶瓷一类的无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点；碳纤维强度和模量高，质量轻、比性能高，耐高温，耐疲劳性好；芳纶纤维具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能；它们组成复合材料能大幅度地提高电池箱100的抗冲击、耐高温、抗扭等各项性能。
38.进一步地，于本实施例中，所述碳纤维布包括t700、t800、t1000中至少一种；所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂中至少一种；所述陶瓷包括碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷和石英陶瓷中任一种，将上述材料用于制备电池箱100，使得电池箱100具有更好的抗冲击、耐高温等性能。
39.可以理解的是，所述环氧树脂基体为所述复合材料在制备电池箱100的过程中，用于箱体成型的重要基体材料，本实施例中，所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂
，
所述环氧树脂基体中各组分的质量份数为：环氧树脂100份、热固性树脂0～15份、固化剂22～55份，所述环氧树脂基体的各成分控制在上述范围内，有利于电池箱100的成型。
40.本发明进一步提出一种电池箱100，所述电池箱100包括箱主体，所述箱主体的材质包括如上所述的复合材料，该复合材料的组成成分参照上述实施例，由于本电池箱100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
41.本实施例中的电池箱100采用以下任一种一体化成型工艺制备：vari工艺、rtm工艺、模压工艺、挤拉工艺。将碳纤维布、芳纶纤维布和陶瓷进行铺层一体化成型，所述铺层方式具有不确定性，按照部件厚度的及承载工况的不同进行选择；既可以按照芳纶纤维布/碳化硅陶瓷/碳纤维布依次铺层；也可以按照几层芳纶纤维布再几层碳化硅陶瓷然后再几层碳纤维布；参照本实施例，优选第一种依次铺层，但铺层过程需保证以芳纶纤维布作为箱体内部开始层，碳纤维布作为箱体外部结束层，并且满足各部分总质量的要求。本发明提供的电池箱100利用高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能的芳纶纤维布作为箱体的内部；而碳纤维强度和模量高，质量轻、比性能高，耐高温，耐疲劳性好；陶瓷在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等方面具有较高的性能；通过环氧树脂基体与它们三者的配合使用，使该电池箱100的耐冲击耐高温等各项性能都有提高。
42.进一步地，请参阅图1图2，所述箱主体包括箱盖1和下箱体2，所述箱盖1和下箱体2之间通过连接结构连接，所述连接结构包括设置在所述箱盖1和所述下箱体2之间的铆接结构5，本实施例中通过在箱盖1和下箱体2之间设置铆接结构5，替代传统的使用粘胶使箱盖1和下箱体2密封，可以延长电池箱100材料的使用寿命。
43.所述箱盖1和下箱体2外表面喷涂有高阻尼的pvc涂料，所述高阻尼的pvc涂料可选择丁腈橡胶、聚硫橡胶、丁基橡胶、聚氨脂弹性体、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸甲酯、增塑的聚氯乙烯、互穿网络型的聚异丁基醚、半互穿网络的二元和三元乙丙橡胶中的任一种，通过喷涂上述材料增强所述箱盖1和下箱体2抗氧化的性能，进一步延长其使用寿命。
44.为了使得所述电池箱100的箱盖1和下箱体2密封的更加严密，请参阅图2，所述箱盖1的下端向外翻折延伸出上折边11；所述下箱体2的上端向外翻折延伸出下折边21，所述上折边11和所述下折边21直接贴接；所述铆接结构5连接所述上折边11和所述下折边21设置，本实施例中通过结合所述电池箱100的结构，设置直接贴接的上折边11和下折边21，然后通过铆接结构5连接所述上折边11和所述下折边21，该设置使得电池箱100的箱盖1和下箱体2之间密封得十分严密，隔绝空气中的水汽等进入，延长电池箱100内部的电池使用寿命。
45.进一步地，于本实施例中，请参阅图3，所述上折边11与所述下折边21之间设置有密封条4，通过设置密封条4，并且所述密封条4沿所述上折边11和所述下折边21的弯折情况设置，以使所述密封条4与所述上折边11和所述下折边21贴合的更加紧密，更进一步的使得所述箱盖1和下箱体2密封的更加严密。所述上折边11与所述下折边21的外端均向下翻折，以使得所述上折边11套设在所述下折边21的外侧；所述箱盖1上还设有套设在所述上折边11外侧的压板3，本实施例中通过设置翻折方向一致的上折边11和下折边21，使得所述箱盖1与所述下箱体2连接处的接触面积，从而使得所述箱盖1与所述下箱体2贴合的更加紧密，同时在所述箱盖1与所述下箱体2贴合处的四周设置压板3，压板3套设于所述上折边11，将所述箱盖1与所述下箱体2连接的地方压合的更加紧密、无缝隙。
46.可以理解的是，电池箱100连接点强度不足影响其使用寿命，本发明在所述箱盖1和下箱体2之间通过连接结构连接，所述连接结构包括设置在所述箱盖1和所述下箱体2之间的铆接结构5，所述铆接结构5包括穿设于所述上折边11和所述下折边21的钉体51、以及与所述钉体51的一端连接的拉铆螺母52，所述箱盖1、下箱体2和压板3相对应的位置开设通孔，所述钉体51与所述拉铆螺母52设于所述通孔内，并且所述箱盖1和下箱体2采用拉铆螺
母52和钉体51干涉装配的方法进行连接，干涉量以i＝[(d-d)/d]*100％进行定义，其中d为钉体51外径，d为板件孔直径；通过采用拉铆螺母52和钉体51干涉装配的方法进行连接，在适当的干涉量下，干涉作用使轴向应力向孔周扩展传递，降低了孔壁应力集中程度；干涉连接在孔壁引入了径向预压应力，增大了螺栓与孔壁间的接触力，可以更好地传递载荷，延缓疲劳裂纹的萌生；干涉配合增加了紧固件与连接孔的有效接触面积，紧密配合下孔与紧固件之间的摩擦力将阻止孔边内壁变形的扩张，能够有效抑制裂纹扩展，延长材料的疲劳寿命。
[0047]
进一步地，于本实施例中，所述拉铆螺母52包括平头拉铆螺母、大沉头拉铆螺母、小沉头拉铆螺母、全六角通孔拉铆螺母中任一种，选用本实施例中提供的这些拉铆螺母52可以较好的将所述上折边11和所述下折边21连接在一起。
[0048]
本发明还提出一种汽车，该汽车包括车身和电池箱100，该电池箱100的具体结构参照上述实施例，由于汽车采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，所述电池箱100的长度方向上的两侧底部分别设有方管6，所述下箱体2通过粘接剂和方管6紧密贴合将其固定于车上。
[0049]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种复合材料，用于电动汽车的电池箱，其特征在于，包括以下质量分数的原料：碳纤维布50％～60％、芳纶纤维布10％～15％、陶瓷8％～12％、环氧树脂基体20％～30％。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述碳纤维布包括t700、t800、t1000中至少一种；和/或，所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂中至少一种；和/或，所述陶瓷包括碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷和石英陶瓷中任一种。3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂基体包括环氧树脂、热固性树脂和固化剂
，
所述环氧树脂基体中各组分的质量份数为：环氧树脂100份、热固性树脂0～15份、固化剂22～55份。4.一种电池箱，其特征在于，包括箱主体，所述箱主体的材质包括如权利要求1至3任一项所述的复合材料。5.如权利要求4所述的电池箱，其特征在于，所述箱主体包括箱盖和下箱体，所述箱盖和下箱体之间通过连接结构连接，所述连接结构包括设置在所述箱盖和所述箱体之间的铆接结构。6.如权利要求5所述的电池箱，其特征在于，所述箱盖的下端向外翻折延伸出上折边；所述下箱体的上端向外翻折延伸出下折边，所述上折边和所述下折边直接贴接；所述铆接结构连接所述上折边和所述下折边设置。7.如权利要求6所述的电池箱，其特征在于，所述上折边与所述下折边之间设置有密封条；和/或，所述上折边与所述下折边的外端均向下翻折，以使得所述上折边套设在所述下折边的外侧；所述箱盖上还设有套设在所述上折边外侧的压板。8.如权利要求6所述的电池箱，其特征在于，所述铆接结构包括穿设于所述上折边和所述下折边的钉体、以及与所述钉体的一端连接的拉铆螺母。9.如权利要求8所述的电池箱，其特征在于，所述拉铆螺母包括平头拉铆螺母、大沉头拉铆螺母、小沉头拉铆螺母、全六角通孔拉铆螺母中任一种。10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求4至9任一项所述的电池箱。

技术总结
本发明公开一种复合材料、电池箱以及一种汽车，其中，所述复合材料用于电动汽车的电池箱，包括以下质量分数的原料：碳纤维布50％～60％、芳纶纤维布10％～15％、陶瓷8％～12％、环氧树脂基体20％～30％。本发明提供的复合材料用于电动汽车的电池箱，在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点；碳纤维强度和模量高，质量轻、比性能高，耐高温，耐疲劳性好；芳纶纤维具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能；它们组成复合材料能大幅度地提高电池箱的抗冲击、耐高温、抗扭等各项性能。抗扭等各项性能。抗扭等各项性能。


技术研发人员：苏海亮 邓开标 展新 覃记荣 黄国桂 马秋香 贺裕雁
受保护的技术使用者：广西科技大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/20