一种变截面复合材料电池壳及制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种变截面复合材料电池壳及制备工艺，电池壳包括由复合材料制成的电池壳体外板和电池壳盖，电池壳体外板由变截面的面板构成，所述电池壳体外板指的是组成电池壳外表面的板材；所述变截面的面板指的是电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同；电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同通过在电池壳外板高度不同的区域铺设不同层数的复合材料实现。本发明专利技术结合仿生思想的由变截面面板所构成的电池壳，在不使用高成本以及增加附属加强结构的情况下，通过对电池壳面板的变截面设计和铺层设计来提高电池壳的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种变截面复合材料电池壳及制备工艺
本专利技术涉及一种变截面复合材料电池壳及制备工艺，由变截面面板所构成，具备仿生铺层设计的复合材料电池壳及其制备工艺，具体涉及到复合材料电池壳的面板截面形状、新颖铺层形式以及制备流程。
技术介绍
汽车的轻量化设计对于汽车产业及交通运输行业实现节能减排，绿色发展意义重大，是该产业持续发展的必经之路。电池组总成在电动汽车整备质量中占比可达30％，因而电池壳轻量化设计对整车轻量化十分重要。复合材料由于其轻量化、高比刚、高比强，冲击吸能特性良好等优势，在汽车零部件设计的应用逐渐广泛。在目前的电池壳设计中，主要是通过应用性能更优异的材料以及使用夹层加筋等结构设计来提高电池壳的力学性能。性能优异的材料不易获得，且成本过高。使用加筋或夹层结构使电池壳的结构更加复杂，降低了其可靠性，而且使用加筋或夹层结构也会牺牲电池壳本身的容量。CN102825881B专利中通过在电池壳体中填充颗粒来增强电池壳的散热性能和机械性能。CN1180935A专利中通过选用适合的树脂，多种生产工艺和不同材料铺层的方式来提高电池壳的机械性能。CN103613853B专利中通过合适的化学配比，生产出适合电池壳的聚合物复合材料。在上述现有专利中，还没有提出利用截面设计和铺层角度优化来提高电池壳性能的。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种复合材料电池壳及制备工艺，结合仿生思想的由变截面面板所构成的电池壳，在不使用高成本以及增加附属加强结构的情况下，通过对电池壳面板的变截面设计和铺层设计来提高电池壳的力学性能。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种变截面复合材料电池壳，包括由复合材料制成的电池壳体外板和电池壳盖，所述电池壳体外板由变截面的面板构成，所述电池壳体外板指的是组成电池壳外表面的板材；所述变截面的面板指的是电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同，即变截面面板的横截面不是传统的矩形，而是在高度方向上截面的宽度有所改变；电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同通过在电池壳外板高度不同的区域铺设不同层数的复合材料实现。所述变截面面板的截面形状为任意变宽度几何形状，优选鱼腹型或梯形。所述变截面面板的截面变形通过在面板高度方向上位置不同的区域不同区域铺设不同层数的复合材料实现时，采用具有角度梯度的铺层方式，即螺旋铺层。所述螺旋铺层具体实现为：(1)设计铺层角度：一个n层复合材料，以t1,t2,t3…tk…tn代表第一层，第二层，第三层…第k层…第n层，设第一层的铺层角度为0度，则第k层的铺层角度为其中：180<θ<360。(2)根据上述设计的角度，裁剪合适纤维角度的单层复合材料。本专利技术一种变截面复合材料电池壳制备工艺，其特征在于所述步骤如下：(1)设计变截面面板的截面形状；(2)根据不同高度上的截面宽度和单层复合材料的厚度，确定面板高度方向上位置不同的区域所需要的铺层层数；(3)采用具有角度梯度的铺层方式，即螺旋铺层，具体实现为：(31)设计铺层角度：一个n层复合材料，以t1,t2,t3…tk…tn代表第一层，第二层，第三层…第k层…第n层，设第一层的铺层角度为0度，则第k层的铺层角度为其中：180<θ<360。(32)根据上述设计的角度，裁剪合适纤维角度的单层复合材料；(33)按照铺层角度设计铺设复合材料；(4)按照设计在不同区域铺设复合材料，通过模压工艺制备所述电池壳产品。本专利技术所使用的原材料可以为各类纤维增强复合材料。所选纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等多种纤维，所选基体可以为PP，PE，环氧树脂等各类热固性或者热塑性基体。本专利技术所述的电池壳外板指的是组成电池壳外表面的板材。根据电池壳面板的截面设计，电池壳的不同区域的面板厚度不同，构成此电池壳的复合材料为复合材料层合板，即铺设多层复合材料固化形成复合材料板。因此，铺设不同层数的单层复合材料可以得到不同厚度的复合材料层合板。单层复合材料是具有主方向的，固化得到的复合材料层合板也是有主方向的。因此在铺设多层复合材料时根据单层复合材料的主方向和层合板主方向的夹角，提出铺层角度的概念，传统中铺层角度大多为固定角度铺层。本专利技术中根据仿生设计，提出一种具有角度梯度的铺层方式，即螺旋铺层。传统的铺层方式为单向铺层，正交铺层或45°、60°铺层。本专利技术基于仿生设计思想，从甲壳类动物捕食前肢的耐撞性微结构得到启发，提出了一种螺旋铺层的方法并应用于电池壳的设计之中。本专利技术所提出的变截面电池壳需的制备需要通过下料，裁剪，铺层，模压(注射树脂)四个步骤实现。本专利技术提出的电池壳可以根据不同需求为各种不同的几何形状。为了说明本方法，本专利技术提出一个实例：电池壳外形为一个方形电池壳，带有一个盖子。盖子和电池壳通过螺栓连接。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)通过电池壳的变截面设计可以达到电池壳承载优化效果，有助于使用更少的材料达到相同的增强效果。(2)通过仿生铺层角度设计，可以使得由同样数量的材料构成的电池壳具备更优的力学性能。(3)本专利技术的一个生产变截面复合材料电池壳的加工工艺过程，有助于本专利技术电池壳生产的自动化。附图说明图1为本专利技术电池壳结构图；1为电池壳体，2为电池壳盖，3为螺纹通孔；图2为电池壳壳体，4为五块面板为变截面设计的对象；图3为本专利技术中优选的鱼腹变截面电池壳体外板示意图，a为主视产等轴测图，b侧视图；5表示截面高度，同时也表示电池壳板的高度；6表示截面宽度；图4为本专利技术中优选的梯形变截面电池壳体外板示意图，a为等轴测图，b侧视图；图5电池壳的层数分布示意图，a为其中电池壳面板俯视图，由线条分为不同区域，不同区域中的材料铺层层数不同，图中数字代表各自区域内的铺层层数；b为复合材料面板在x方向一半长度的侧视图，即图a的侧视图；图6为本专利技术的一种螺旋铺层形式；图7为生产工艺中的裁剪工艺示意，9代表裁剪模块，7代表裁剪前原材料，8代表裁剪后原料；图8代表裁剪后原料的单向带示意，10为较长的单向带，11为长度较短的单向带。图9代表铺层层数设计图，a为其中电池壳面板俯视图，由线条分为不同区域，不同区域中的材料铺层层数不同，b1,b2,b3分别代表三种铺层方式的变截面面板侧视图；图10中a，b代表螺旋铺层的两个实例；图11为模压模块示意图。12代表上模，13代表下模，14代表树脂入口，15代表待模压的材料。具体实施方式下面结合附图说明变截面电池壳的具体结构和制备方式。如图1所示，本专利技术的变截面电池壳包括电池壳体1，电池壳盖2。电池壳体1和电池壳盖2的翻边上打螺纹通孔3，用于安装结合电池壳体和电池壳盖的螺栓。电池壳1和电池壳盖2的材料采用纤维增强复合材料，变截面指对电池壳体的五个面板进行截面设计。如图2所示，电池壳体的五块面板为变截面设计的对象4，五面板为前面板、后面板、左面板、右面板和底面板。如图3、4所示，给出了两种变截面面板的实例，图3是鱼腹，图4是梯形。在截面高度5上，截面的宽度6(对应面板的厚度)方向上的长度是变化的。如图5所示，变截面铺层层数设计图示，a中，一整块面板被黑色实线划分为不同区域，图中的数字代表不同区域内复合材料的层数，b显示出不同区域的厚度是不一样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变截面复合材料电池壳，包括由复合材料制成的电池壳体外板和电池壳盖，其特征在于：所述电池壳体外板由变截面的面板构成，所述电池壳体外板指的是组成电池壳外表面的板材；所述变截面的面板指的是电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同；电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同通过在电池壳外板高度不同的区域铺设不同层数的复合材料实现。

【技术特征摘要】
1.一种变截面复合材料电池壳，包括由复合材料制成的电池壳体外板和电池壳盖，其特征在于：所述电池壳体外板由变截面的面板构成，所述电池壳体外板指的是组成电池壳外表面的板材；所述变截面的面板指的是电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同；电池壳外板在高度方向上不同位置的面板厚度不同通过在电池壳外板高度不同的区域铺设不同层数的复合材料实现。2.根据权利要求1所述的变截面复合材料电池壳，其特征在于：所述变截面面板的截面形状为任意变宽度几何形状，优选鱼腹型或梯形。3.根据权利要求1所述的变截面复合材料电池壳，其特征在于：所述变截面面板的截面变形通过在面板高度方向上位置不同的区域不同区域铺设不同层数的复合材料实现时，采用具有角度梯度的铺层方式，即螺旋铺层。4.根据权利要求3所述的变截面复合材料电池壳，其特征在于：所述螺旋铺层具体实现为：(1)设计铺层角度：一个n层复合材料，以t1,t2,t3…tk…tn代表第一层，第二层...

【专利技术属性】
技术研发人员：许骏，殷莎，吴垚博，李佳妮，王惠添，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11