一种电池防护底板、电池包复合防护结构及车辆

技术领域

本发明属于车辆电池技术领域，具体涉及一种电池防护底板、电池包复合防护结构及车辆。

背景技术

随着电动汽车的迅速发展，人们对电动汽车的安全要求也越来越高，动力电池包作为电动汽车的动力来源，其安全的重要性不言而喻。在电动汽车中，电池包一般位于车辆的底盘下部，通过螺栓与底盘连接，电池包的下表面裸露在外，车辆日常行驶过程中电池包底部容易磕碰导致箱体破裂防护失效，行驶过程中底部石子飞溅也会对电池包造成冲击，为了面对复杂的工况，通常在电池包的底部设置有防护板，通过防护板对电池包的底部起到保护作用。同时，在车辆行驶的过程中，不可避免地会产生振动，现有的防护板在长期振动和冲击作用下，容易出现连接铆钉松脱或表面防护层脱落的问题。

发明内容

针对现有电池包防护板存在铆钉松脱或表面防护层脱落的问题，本发明提供了一种电池防护底板、电池包复合防护结构及车辆。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种电池防护底板，包括上纤维增强树脂层、金属板、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层，所述金属板和所述纤维增强树脂框位于所述上纤维增强树脂层和所述下纤维增强树脂层之间，所述纤维增强树脂框是由多个边框板首尾连接形成的框体结构，所述金属板位于所述纤维增强树脂框内部，所述纤维增强树脂框的顶面与所述上纤维增强树脂层一体连接，所述纤维增强树脂框的底面与所述下纤维增强树脂层一体连接；所述电池防护底板的边缘内侧间隔开设有多个安装孔，所述安装孔依次穿过所述上纤维增强树脂层、所述纤维增强树脂框和所述下纤维增强树脂层，所述电池防护底板满足以下条件：

0.4≤-D*lg(d

其中，D为安装孔的直径，单位为mm；

d

W为边框板的宽度，单位为mm；

L为金属板的长度，单位为mm；

L

可选的，所述电池防护底板满足以下条件：

0.45≤-D*lg(d

可选的，所述安装孔的直径D为4.5～10mm。

可选的，所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

可选的，所述边框板的宽度W为30～200mm。

可选的，所述金属板的长度L为1200～2200mm。

可选的，所述安装孔边缘与电池防护底板边缘的最短距离L

可选的，相邻两个所述安装孔的间距为60～140mm。

可选的，所述上纤维增强树脂层、所述纤维增强树脂框和所述下纤维增强树脂层各自独立地选自玻璃纤维增强聚酰胺树脂件、玻璃纤维增强聚丙烯树脂件、玻璃纤维增强聚乙烯树脂件、玻璃纤维增强聚碳酸酯树脂件或玻璃纤维增强聚苯乙烯树脂件。

可选的，所述上纤维增强树脂层、所述纤维增强树脂框和所述下纤维增强树脂层均为玻璃纤维增强树脂件，所述玻璃纤维增强树脂件含有50％～70％的玻璃纤维，所述玻璃纤维的碱含量＜0.8％。

可选的，所述上纤维增强树脂层包括多层相互层叠的第一纤维增强预浸料；

所述纤维增强树脂框包括多层相互层叠的第二纤维增强预浸料；

所述下纤维增强树脂层包括多层相互层叠的第三纤维增强预浸料。

可选的，所述金属板为钢板，所述钢板的外表面设置镀锌层、镀锌铁合金层或电泳漆保护层。

另一方面，本发明提供了一种电池包复合防护结构，包括电池包和如上所述的电池防护底板，所述电池防护底板设置于所述电池包的下方，所述电池包和所述电池防护底板之间形成有缓冲区。

可选的，所述缓冲区中填充有缓冲层，所述缓冲层选自蜂窝材料或硬质发泡材料。

另一方面，本发明提供了一种车辆，包括如上所述的电池防护底板或电池包复合防护结构。

根据本发明提供的电池防护底板，通过上纤维增强树脂层和下纤维增强树脂层复合在金属板的正反两个表面，一方面，上纤维增强树脂层和下纤维增强树脂层能够提高金属板的防腐性能，同时，下纤维增强树脂层能抵抗石子等对电池防护底板底部的冲击，避免冲击部位的腐蚀问题；另一方面，上纤维增强树脂层和下纤维增强树脂层与金属板复合后有效地提高了金属板的刚度和强度，具有更高的抗冲击能力。

进一步的，所述电池防护底板的边框位置用于所述电池防护底板在电池包底部的安装，影响所述电池防护底板的安装稳固性以及所述电池防护底板受到冲击时产生的振幅强度。发明人通过大量试验发现，所述安装孔的直径D、所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

附图说明

图1是本发明提供的电池防护底板的结构示意图；

图2为本发明提供的金属板和纤维增强树脂框的配合示意图；

图3是本发明提供的上纤维增强树脂层中不同第一纤维增强预浸料单向带的结构示意图；

图4是本发明提供的上纤维增强树脂层中不同第一纤维编织布增强预浸料的结构示意图；

图5是本发明提供的电池包复合防护结构的结构示意图；

图6是图5中A处的放大示意图；

图7是本发明一实施例提供的电池包复合防护结构的底部截面示意图；

图8是本发明另一实施例提供的电池包复合防护结构的底部截面示意图；

图9是本发明另一实施例提供的电池包复合防护结构的底部截面示意图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、电池防护底板；11、上纤维增强树脂层；111、第一纤维增强预浸料单向带；112、第一纤维编织布增强预浸料；12、金属板；13、纤维增强树脂框； 131、边框板；14、下纤维增强树脂层；15、安装孔；2、缓冲层；3、电池包； 31、托盘；4、缓冲区。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图1、图2和图6所示，本发明实施例提供了一种电池防护底板1，包括上纤维增强树脂层11、金属板12、纤维增强树脂框13和下纤维增强树脂层 14，所述金属板12和所述纤维增强树脂框13位于所述上纤维增强树脂层11和所述下纤维增强树脂层14之间，所述纤维增强树脂框13是由多个边框板131 首尾连接形成的框体结构，所述金属板12位于所述纤维增强树脂框13内部，所述纤维增强树脂框13的顶面与所述上纤维增强树脂层11一体连接，所述纤维增强树脂框13的底面与所述下纤维增强树脂层14一体连接；所述电池防护底板1的边缘内侧间隔开设有多个安装孔15，所述安装孔15依次穿过所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14，所述电池防护底板1满足以下条件：

0.4≤-D*lg(d

其中，D为安装孔15的直径，单位为mm；

d

W为边框板的宽度，单位为mm；

L为金属板12的长度，单位为mm；

L

如图6所示，所述安装孔边缘与电池防护底板边缘的最短距离L

需要说明的是，在上述关系式中，所述金属板12的长度L为所述金属板12 的较长的一边的长度。

在金属板12的外周设置有纤维增强树脂框13作为上纤维增强树脂层11和下纤维增强树脂层14的边框位置连接过渡件，能够有效抵消金属板12厚度对于上纤维增强树脂层11和下纤维增强树脂层14边框连接的影响，利于提高安装位置的整体厚度和抗拉伸剪切强度，保证电池防护底板1的边框位置强度，进而有利于将电池防护底板1的边框位置作为其在电池上的安装结构，提高其抗冲击能力。

所述安装孔15用于所述电池防护底板1在电池包3底部的安装紧固，通过将安装孔15设置于所述电池防护底板1的边缘内侧并依次穿过所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14，可避免所述安装孔15穿过所述金属板12，避免金属板12在安装孔15处露出导致的腐蚀问题。

所述电池防护底板1的边框位置用于所述电池防护底板1在电池包3底部的安装，影响所述电池防护底板1的安装稳固性以及所述电池防护底板1受到冲击时产生的振幅强度。

发明人通过大量试验发现，所述安装孔15的直径D、所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

在一些实施例中，所述电池防护底板1满足以下条件：

0.45≤-D*lg(d

通过上述关系式的限定，有利于综合所述安装孔15的直径D、所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

在一些实施例中，多个所述安装孔15环绕于所述金属板12的外周设置，以均匀分散所述金属板12受到的顶部重力和底部的冲击作用力。

具体的，在安装时，设置连接件穿过所述安装孔15以将所述电池防护底板 1固定于电池包3底部，所述连接件为铆钉、螺钉或螺栓。

在一些实施例中，所述安装孔15的直径D为4.5～10mm。

具体的，所述安装孔15的直径D可以为4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、 7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm。

所述安装孔15的直径D与所述电池防护底板1在安装位置的受力相关，随着所述安装孔15的直径D的增大，所述电池防护底板1在振动和冲击条件下，其安装位置的受力面积增大，同时，由于安装孔15在所述电池防护底板1的面积占比增大，使得所述电池防护底板1的边框位置的整体强度下降，当所述安装孔15的直径D处于上述范围中时，能够避免应力集中的问题，同时减少对于所述电池防护底板1边框位置强度的影响，提高抗冲击强度。

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

具体的，所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

在一些实施例中，所述边框板的宽度W为30～200mm。

具体的，所述边框板的宽度W可以为30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、 80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、 170mm、180mm、190mm或200mm。

当所述边框板的宽度W处于上述范围中时，使得所述电池防护底板1具有合适的安装面积，有效对其中部的金属板12进行支撑和定位。

在一些实施例中，所述金属板12的长度L为1200～2200mm。

具体的，所述金属板12的长度L可以为1200mm、1400mm、1500mm、 1600mm、1700mm、1800mm、1900mm、2000mm、2100mm或2200mm。

所述金属板12的长度L根据需要防护处理的电池包3的长度确定，使所述金属板12能够尽量覆盖所述电池包3的底部位置，达到较好的防护效果。

在一些实施例中，所述安装孔15边缘与电池防护底板1边缘的最短距离L

具体的，所述安装孔15边缘与电池防护底板1边缘的最短距离L

所述安装孔15与电池防护底板1边缘之间的部分用于承载所述电池防护底板1在受到冲击时的拉伸作用力，当所述安装孔15边缘与电池防护底板1边缘的最短距离L

在一些实施例中，相邻两个所述安装孔15的间距为60～140mm。

当相邻两个所述安装孔15的间距处于上述范围中时，能够保证对于所述电池防护底板1边框位置的固定，避免由于安装孔15间距过大导致的安装孔15 之间缝隙的问题，对冲击力起到较好的分散作用。

在不同的实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的树脂各自独立地选自热固性和/或热塑性材料。实例可以包括但不限于环氧树脂、酚醛塑料、酚类、氰酸酯类、酰亚胺类(例如，聚酰亚胺、双马来酰亚胺(BMI)、聚醚酰亚胺)、聚丙烯类、聚酯类、苯并噁嗪类、聚苯并咪唑类、聚苯并噻唑类、聚酰胺类、聚酰胺酰亚胺类、聚砜类、聚醚砜类、聚碳酸酯类、聚对苯二甲酸乙二醇酯类和聚醚酮类(例如，聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)等)及其组合。

在不同的实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的纤维各自独立地选自玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维、石墨纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维及其混合。

所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的纤维可以以短切纤维、长切纤维、无纺布、单向增强纤维基材、编织布等形式嵌入于树脂中。

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14各自独立地选自玻璃纤维增强聚酰胺树脂件或玻璃纤维增强聚丙烯树脂件、玻璃纤维增强聚乙烯树脂件、玻璃纤维增强聚碳酸酯树脂件或玻璃纤维增强聚苯乙烯树脂件。

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14选择相同的树脂材料，相同的树脂材料能够保证不同层之间材料的亲和性，进而保证不同层之间的结合一体程度，提高整体强度。

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14均为玻璃纤维增强树脂件，所述玻璃纤维增强树脂件含有50％～70％的玻璃纤维，利于提高所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的材料强度。

在一些实施例中，所述玻璃纤维的碱含量＜0.8％。

当所述玻璃纤维的碱含量低于0.8％时，利于提高所述上纤维增强树脂层11、所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的抗老化性能，减缓长期使用后材料的性能衰减。

在一些实施例中，所述玻璃纤维选自E玻纤或S玻纤。

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层11包括多层相互层叠的第一纤维增强预浸料；

所述纤维增强树脂框13包括多层相互层叠的第二纤维增强预浸料；

所述下纤维增强树脂层14包括多层相互层叠的第三纤维增强预浸料。

如图3所示，在一实施例中，所述上纤维增强树脂层11包括多层相互层叠的第一纤维增强预浸料单向带111，相邻的两层第一纤维增强预浸料单向带111 的纤维排布方向呈大致90°交错铺层，且相邻的两层第一纤维增强预浸料单向带111的铺层角度允许偏差范围为±20°。

所述第一纤维增强预浸料单向带111中的纤维单向排布，当受到沿纤维延伸方向的拉伸作用力时，所述第一纤维增强预浸料单向带111中的纤维能够有效承载其拉力作用，通过将相邻的第一纤维增强预浸单向带的纤维排布方向呈大致90°交错铺层，有利于提高所述上纤维增强树脂层11在各方向上的受力均匀性。

所述纤维增强树脂框13包括多层相互层叠的第二纤维增强预浸料单向带，所述第二纤维增强预浸料单向带中的纤维单向排布，相邻的两层第二纤维增强预浸料单向带的纤维排布方向呈大致90°交错铺层，且相邻的两层第二纤维增强预浸料单向带的铺层角度允许偏差范围为±20°。

所述下纤维增强树脂层14包括多层相互层叠的第三纤维增强预浸料单向带，所述第三纤维增强预浸料单向带中的纤维单向排布，相邻的两层第三纤维增强预浸料单向带的纤维排布方向呈大致90°交错铺层，且相邻的两层第三纤维增强预浸料单向带的铺层角度允许偏差范围为±20°。

所述纤维增强树脂框13和所述下纤维增强树脂层14的纤维排布与所述上纤维增强树脂层11相似，不再赘述。

如图4所示，在另一实施例中，所述上纤维增强树脂层11包括多层相互层叠的第一纤维编织布增强预浸料112，所述第一纤维编织布增强预浸料112中的纤维以交错的形式形成编织布。

所述纤维增强树脂框13包括多层相互层叠的第二纤维编织布增强预浸料，所述第二纤维编织布增强预浸料中的纤维以交错的形式形成编织布。

所述下纤维增强树脂层14包括多层相互层叠的第三纤维编织布增强预浸料，所述第三纤维编织布增强预浸料中的纤维以交错的形式形成编织布。

在一些实施例中，所述金属板12选自铁及其合金、铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金或镍及其合金。

在一些实施例中，所述金属板12为钢板，所述钢板的外表面设置镀锌层、镀锌铁合金层或电泳漆保护层。

相对其他金属材料，采用钢板作为所述金属板12，具有较好的拉伸强度和延伸率，能够满足抗冲击的需求，利于提高对电池包3的保护作用。

在所述钢板的外表面设置镀锌层、镀锌铁合金层或电泳漆保护层，用于提高钢板的防腐性能，当所述上纤维增强树脂层11或所述纤维增强树脂层14发生破损时，所述镀锌层或所述镀锌铁合金层与所述钢板形成的原电池效应使得所述镀锌层或所述镀锌铁合金层会优先于所述钢板发生腐蚀，进而对所述钢板起到保护作用，而所述电泳漆保护层具有较好的附着性，能够有效隔离钢板和外部环境。

如图5所示，本发明的另一实施例提供了一种电池包复合防护结构，包括电池包3和如上所述的电池防护底板1，所述电池防护底板1设置于所述电池包 3的下方，所述电池包3和所述电池防护底板1之间形成有缓冲区4。

所述电池包复合防护结构由于采用上述电池防护底板1，在保证较低的整体厚度的情况下，有效保证所述电池防护底板1的防护强度以及所述电池防护底板1在所述电池包3上的稳定连接。

在一些实施例中，所述电池包3包括托盘31和设置于所述托盘31上的电池。

在不同的实施例中，所述缓冲区4可以以不同方式设置于所述电池包3和所述电池防护底板1之间。

如图7所示，在一实施例中，所述托盘31的底面向内设置有凹槽以形成所述缓冲区4，所述电池防护底板1为平板状，所述电池防护底板1覆盖于所述缓冲区4上。

如图8所示，在一实施例中，所述电池防护底板1的边框位置连接于所述托盘31的底面，所述托盘31的底面向内设置有凹槽，所述电池防护底板1向背离所述托盘31的方向凸出，以在所述托盘31和所述电池防护底板1之间形成所述缓冲区4。

如图9所示，在一实施例中，所述电池防护底板1的边框位置连接于所述托盘31的底面，所述托盘31的底面为平面，所述电池防护底板1向背离所述托盘31的方向凸出，以在所述托盘31和所述电池防护底板1之间形成所述缓冲区4。

在一些实施例中，所述缓冲区4中填充有缓冲层2，所述缓冲层2选自蜂窝材料或硬质发泡材料。

蜂窝材料或硬质发泡材料能吸收电池防护板受到外部强冲击作用下的溃缩形变空间，缓冲吸收一部分外部强冲击的能量，阻止电池防护底板1压缩形变冲击到电池包3内部电芯上，对电池包3进行进一步防护。

在一些实施例中，所述蜂窝材料选自PP蜂窝材料或铝蜂窝材料；所述硬质发泡材料选自PU硬质发泡材料，PET硬质发泡材料，PMI硬质发泡材料，PVC 硬质发泡材料，PET硬质发泡材料，MPP硬质发泡材料，PLA硬质发泡材料，PI硬质发泡材料或EPTU发泡材料。

本发明的另一实施例提供了一种车辆，包括如上所述的电池防护底板或电池包复合防护结构。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

表1

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的电池包复合防护结构，包括电池包、缓冲层和电池防护底板，所述电池防护底板包括金属板、上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层，所述金属板位于所述上纤维增强树脂层和所述下纤维增强树脂层之间，所述纤维增强树脂框是由多个边框板首尾连接形成的框体结构，所述金属板位于所述纤维增强树脂框内部，所述纤维增强树脂框的顶面与所述上纤维增强树脂层一体连接，所述纤维增强树脂框的底面与所述下纤维增强树脂层一体连接；所述电池防护底板设置于电池包的下方，所述电池包和所述电池防护底板之间形成有缓冲区，所述缓冲区中填充有所述缓冲层，且所述电池防护底板的边框位置开设有多个安装孔，所述电池包的底部设置有托盘，通过铆钉穿过所述安装孔将电池防护底板安装于所述托盘的底部边框位置。

其中，所述安装孔的直径D为10mm、所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

实施例2～19

实施例2～19用于说明本发明公开的电池包复合防护结构，包括实施例1中的大部分结构，其不同之处在于：

采用表1中实施例2～19提供的电池防护底板设计参数。

对比例1～3

对比例1～3用于对比说明本发明公开的电池包复合防护结构，包括实施例1 中的大部分结构，其不同之处在于：

采用表1中对比例1～3提供的电池防护底板设计参数。

性能测试

对上述实施例和对比例提供的电池包复合防护结构进行如下性能测试：

将电池包复合防护结构安装在振动台上，进行30w里程模拟振动。

30w里程模拟振动测试：按GB/T 2423.43的要求，将测试对象安装在振动台上，测试并记录每个安装点扭矩。振动测试在三个方向上进行，测试过程参照GB/T 2423.56，具体测试条件如下：

首先，在Z方向上随机振动21h(随机振动条件如表2)，然后在Z方向上定频振动1h(定频振动条件：24Hz定频频率，1g定频幅值)；

其次，在Y方向上随机振动21h(随机振动条件如表2)，然后在Y方向上定频振动1h(定频振动条件：24Hz定频频率，1g定频幅值)；

再者，在X方向上随机振动21h(随机振动条件如表2)，然后在X方向上定频振动1h(定频振动条件：24Hz定频频率，1g定频幅值)。

其中PSD代表功率谱密度，代表振动在某频率下的功率谱密度；r.m.s.值代表振动的综合加速度，反馈振动强度。

表2随机振动试验

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采用游标卡尺检测振动后多个安装孔的直径，取平均值，得到振动后安装孔的平均直径，以所述安装孔的直径D作为振动前安装孔的平均直径，通过以下公式计算振动后安装孔尺寸增量百分比：

振动后安装孔尺寸增量百分比＝(振动后安装孔的平均直径-振动前安装孔的平均直径)/振动前安装孔的直径*100％

记录振动后安装铆钉情况以及铆钉周边的电池防护底板撕裂情况。

得到的测试结果填入表3。

表3

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从表3的测试结果可以看出，通过限制所述安装孔的直径D、所述上纤维增强树脂层、纤维增强树脂框和下纤维增强树脂层的总厚度d

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。