碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明是一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，包括：底部箱體，被配置成容納電池；電池固定架，被配置成將所述電池固定于所述底部箱體的頂面；和從所述底部箱體的側(cè)壁的上端邊緣延伸的多個凸緣，每個凸緣具有用于將所述凸緣連接到底盤側(cè)部件上的連接孔，其中在所述底部箱體的底面上在所述底部箱體的相反兩側(cè)之間橫向地延伸有突出的加強部。用碳纖維制造的電池箱體具有高強度、出色的耐熱性、出色的抗熱沖擊性、低熱膨脹系數(shù)、熱容量小、比重小、優(yōu)秀的抗腐蝕性、防水性能好、優(yōu)秀的抗輻射性等特點。
【專利說明】
碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電池箱體方面的應(yīng)用，更具體地來說，特別涉及一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維復(fù)合材料(CFRP)是以碳纖維(織物)或碳化硅等陶瓷纖維(織物)為增強體，以碳為基體的復(fù)合材料的總稱。碳纖維是由有機纖維如粘膠纖維、聚丙烯晴纖維或瀝青基纖維在保護氣氛下熱處理碳化成為含碳量90 %?100 %的纖維。
[0003]碳纖維復(fù)合材料主要包括以下幾類:碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料、C/C復(fù)合材料、碳纖維增強金屬基復(fù)合材料(CFRM)、碳纖維增強陶瓷復(fù)合材料、碳纖維增強橡膠復(fù)合材料等。碳纖維復(fù)合材料(CFRP)作為一種先進的復(fù)合材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、防水性能好、吸振性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、汽車等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。
[0004]碳纖維復(fù)合材料拉伸強度高，模量大，密度小，具有較高的比強度和很高的比模量。與傳統(tǒng)金屬材料相比，碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量輕，強度高，韌度高，具有明顯的優(yōu)勢。與同為新型材料的硅基纖維復(fù)合材料相比，碳基纖維的拉伸強度約為其3-7倍。碳基纖維的彈性模量高于硅基纖維，所以碳纖維復(fù)合材料在相同外載荷下，應(yīng)變較小，其制件的剛度比硅基纖維復(fù)合材料制件高。高模量碳纖維的斷裂伸長率約為0.5%，高強度碳纖維的約為1%，硅基纖維約為2.6%，而環(huán)氧樹脂的約為1.7%，所以碳纖維復(fù)合材料中纖維的強度能得到充分的發(fā)揮。
[0005]碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成的結(jié)構(gòu)材料簡稱碳纖維復(fù)合材料。
[0006]在復(fù)合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關(guān)注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂復(fù)合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進，使其復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。
[0007]碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
[0008]碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢。
[0009]碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進入一個高級階段。
[0010]由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少I公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭相采用先進復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機重量的1/4，占機翼重量的1/3。據(jù)報道，美國航天飛機上3只火箭推進器的關(guān)鍵部件以及先進的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進的碳纖維復(fù)合材料制成的。
[0011]現(xiàn)在的Fl (世界一級方程錦標(biāo)賽)賽車，車身大部分結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結(jié)構(gòu)強度。
[0012]碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強的復(fù)合材料可用作飛機結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。
[0013]碳纖維復(fù)合材料的耐高低溫性能好。在隔絕空氣(惰性氣體保護下)，2000°C仍有強度，液氮下也不脆斷。
[0014]碳纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能好。導(dǎo)熱系數(shù)較高，但隨溫度升高有減小的趨勢。碳纖維復(fù)合材料沿纖維軸向的導(dǎo)熱系數(shù)為0.04Cal/(s*Cm*°C );垂直纖維方向的導(dǎo)熱系數(shù)為
0.002cal/(s*cm*°C )。
[0015]碳纖維復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)沿纖維軸向具有負的溫度效應(yīng)，即隨溫度的升高，碳纖維復(fù)合材料有收縮的趨勢，尺寸穩(wěn)定好，耐疲勞性好。
[0016]碳纖維復(fù)合材料除了能被強氧化劑如濃硝酸、次氯酸及重鉻酸鹽氧化外，一般的酸堿對它的作用很小，比硅基纖維復(fù)合材料具有更好的耐腐蝕性。
[0017]碳纖維復(fù)合材料不像硅基纖維復(fù)合材料那樣在濕空氣中會發(fā)生水解反應(yīng)，具有好的耐水性及耐濕熱老化特性。此外還具有耐油、抗輻射以及減速中字運動等特性。
[0018]綜上所述，碳纖維復(fù)合材料具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性好、防水性能好等一系列優(yōu)點，這些性能都是傳統(tǒng)金屬材料所不具備的特征，相比于其他類型的新型復(fù)合材料也具有較強的性能。這使得碳纖維復(fù)合材料可以在很多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，同時促進碳纖維復(fù)合材料的進一步研究，以繼續(xù)提高其使用性能。
[0019]碳纖維復(fù)合材料憑借其優(yōu)良的性能，已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，主要有航空航天、汽車、結(jié)構(gòu)加固工程、新能源開發(fā)、休閑用品等。
[0020]目前，世界每年生產(chǎn)乘用車5千萬輛，若包括卡車和公共汽車為7千萬輛，隨著中、印等國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，不久世界汽車的年產(chǎn)量確可能超過I億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產(chǎn)量只有數(shù)萬噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，要想用于汽車上，最重要的是盡快開發(fā)適用于熱塑性樹脂(如聚丙烯等)的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術(shù)和二次加工技術(shù)，其次當(dāng)CF需求量超過百萬噸時，就要求開發(fā)以生物質(zhì)為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當(dāng)達到這么大規(guī)模時，需要開發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術(shù)，還要解決這些材料和有關(guān)成型加工的評價和標(biāo)準(zhǔn)化問題。
[0021]目前德國寶馬公司率先在開發(fā)和試驗高強度輕量化的CFRP車體板和其它部件，所用CF與Zoltek公司生產(chǎn)的大絲束產(chǎn)品。美國自90年代后期因?qū)Νh(huán)保問題越來越重視CF在未來車輛中的應(yīng)用。1994年美國政府和工業(yè)部門開始出臺聯(lián)合開發(fā)先進車輛技術(shù)的計劃(PNGV)。目標(biāo)是改進車輛的效能，降低污染物的排放并滿足用戶的各種需求。專家預(yù)測，未來環(huán)保型汽車每年所消耗的CF量將以萬噸計。2010年中國汽車產(chǎn)量將突破年產(chǎn)I千萬輛大關(guān)。新型節(jié)能型環(huán)保型汽車是未來汽車發(fā)展方向。為了和國際接軌，中國將來也必定要大量制造這類汽車，屆時汽車工業(yè)將成為中國CFRP的巨大市場。
[0022]由于碳纖維復(fù)合材料的超輕質(zhì)量和超高強度，其在休閑用品領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，比如體育運動器材釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、自行車等；電子消費產(chǎn)品筆記本外殼、手機外殼、音箱等。當(dāng)然，隨著碳纖維復(fù)合材料的進一步發(fā)展，必然會有更多的產(chǎn)品采用性能優(yōu)良的碳纖維復(fù)合材料，給人們的生活帶來更多的便利。
[0023]根據(jù)JEC “復(fù)合材料工業(yè)的結(jié)構(gòu)與動態(tài)”一文的預(yù)測，2005年全球復(fù)合材料的市場為530億歐元，到2015年預(yù)期將增長至880億歐元，而不同國家和地區(qū)的市場情況有所不同其中中國的市場增長最快，其次是亞太地區(qū)，歐美的增長點主要在航空、風(fēng)能、船艇及建筑業(yè)方面，目前越來越多的國外復(fù)合材料廠家登陸我國，一批國外汽車廠商在中國設(shè)立了研發(fā)中心，以達到本土化、降低生產(chǎn)成本和占領(lǐng)一席市場的目的。另據(jù)CFRP知名專家TonyRoberts在其著作“2006?2010年全球戰(zhàn)略市場評估”中預(yù)測，全球CFRP的產(chǎn)值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過250億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%?20%，其次的大型用戶是風(fēng)能葉片，因此這兩大應(yīng)用領(lǐng)域仍是未來CF的主導(dǎo)市場。表I示出全球2007?2012年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)F的需求情況。我國目前正大規(guī)模發(fā)展風(fēng)能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)，今后隨著葉片的大型化，勢必要發(fā)展混雜的復(fù)合材料制品，即葉片的加強筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會考慮采用全CFRP。此外，我國現(xiàn)正研制大型飛機，這對國內(nèi)CF市場將是巨大的推動力。另外，電纜的CFRP加強芯材也將是我國的大市場，因為高壓輸電電纜將不斷延伸至邊遠地區(qū)?？傊?020年我國勢必將成為CF及其CFRP制品的生產(chǎn)大國。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0024]本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，通過用碳纖維復(fù)合材料制成的電池箱體，可以達到高強度、出色的耐熱性、出色的抗熱沖擊性、低熱膨脹系數(shù)、熱容量小、防水性能好、比重小、優(yōu)秀的抗腐蝕性、優(yōu)秀的抗輻射性，達到改進傳統(tǒng)電池箱體的目的。
[0025]—種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，包括:底部箱體，被配置成容納電池；
[0026]電池固定架，被配置成將所述電池固定于所述底部箱體的頂面；和從所述底部箱體的側(cè)壁的上端邊緣延伸的多個凸緣，每個凸緣具有用于將所述凸緣連接到底盤側(cè)部件上的連接孔，其中在所述底部箱體的底面上在所述底部箱體的相反兩側(cè)之間橫向地延伸有突出的加強部。
[0027]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部橫向地形成在所述凸緣之間，所述凸緣形成在所述底部箱體的相反兩側(cè)上以彼此面對。
[0028]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述電池固定架具有桿狀形狀，延伸于所述底部箱體的相反兩側(cè)并具有向上突出的突起。
[0029]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述電池固定架的突起面向所述加強部的突起。
[0030]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，還包括支撐架，所述支撐架的相反兩端被連接到所述底部箱體的底面的側(cè)部和凸緣使得所述支撐架彎曲。
[0031]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，還包括布置在形成所述凸緣的所述連接孔的位置中的支撐板。
[0032]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，包括:箱體，被配置成容納電池；支架，被配置成將所述電池固定于所述箱體的頂面；和從所述箱體的側(cè)壁的上端邊緣延伸的多個凸緣，每個凸緣具有用于將所述凸緣連接到底，盤上的孔，其中在所述箱體的底面上在所述箱體的相反兩側(cè)之間橫向地延伸有加強部。
[0033]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部橫向地形成在所述凸緣之間，所述凸緣形成在所述箱體的相反兩側(cè)上以彼此面對。
[0034]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述支架具有延伸于所述箱體的相反兩側(cè)的桿狀形狀，并且所述支架具有向上突出的突起。
[0035]碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部具有突起，并且所述支架的所述突起面向所述加強部的突起。
[0036]本發(fā)明的有益效果是，用碳纖維制造的電池箱體具有高強度、出色的耐熱性、出色的抗熱沖擊性、低熱膨脹系數(shù)、熱容量小、比重小、優(yōu)秀的抗腐蝕性、優(yōu)秀的抗輻射性、防水性能好、壽命50年等特點。
【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明涉及一種一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用。采用碳纖維和樹脂的混合物作為原料，通過模具擠壓成型電池箱體；由于采用精密模具擠壓，大幅度減少機械加工工序。
【主權(quán)項】
1.一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，包括: 底部箱體，被配置成容納電池； 電池固定架，被配置成將所述電池固定于所述底部箱體的頂面；和從所述底部箱體的側(cè)壁的上端邊緣延伸的多個凸緣，每個凸緣具有用于將所述凸緣連接到底盤側(cè)部件上的連接孔，其中在所述底部箱體的底面上在所述底部箱體的相反兩側(cè)之間橫向地延伸有突出的加強部。2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部橫向地形成在所述凸緣之間，所述凸緣形成在所述底部箱體的相反兩側(cè)上以彼此面對。3.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述電池固定架具有桿狀形狀，延伸于所述底部箱體的相反兩側(cè)并具有向上突出的突起。4.如權(quán)利要求3所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述電池固定架的突起面向所述加強部的突起。5.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，還包括支撐架，所述支撐架的相反兩端被連接到所述底部箱體的底面的側(cè)部和凸緣使得所述支撐架彎曲。6.如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，還包括布置在形成所述凸緣的所述連接孔的位置中的支撐板。7.一種碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，包括:箱體，被配置成容納電池；支架，被配置成將所述電池固定于所述箱體的頂面；和從所述箱體的側(cè)壁的上端邊緣延伸的多個凸緣，每個凸緣具有用于將所述凸緣連接到底盤上的孔，其中在所述箱體的底面上在所述箱體的相反兩側(cè)之間橫向地延伸有加強部。8.如權(quán)利要求7所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部橫向地形成在所述凸緣之間，所述凸緣形成在所述箱體的相反兩側(cè)上以彼此面對。9.如權(quán)利要求7所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述支架具有延伸于所述箱體的相反兩側(cè)的桿狀形狀，并且所述支架具有向上突出的突起。10.如權(quán)利要求9所述的碳纖維復(fù)合材料在電動汽車電池箱體方面的應(yīng)用，其中所述加強部具有突起，并且所述支架的所述突起面向所述加強部的突起。
【文檔編號】H01M2/10GK105895837SQ201410822610
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月26日
【發(fā)明人】查志浩, 王春連
【申請人】查志浩, 王春連