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

新能源电动车的电池包通常设置于车辆的底部，面对较为复杂的工况，在车辆行驶的过程中容易受到外部石子等硬物的冲击，通常需要在电池包的底部设置一定的防护措施，以避免电池包受冲击影响导致表面破损和电解液泄露的问题。现有的电池包底部防护方案主要是通过设置钢板对电池包底部进行保护，为避免钢板受到水汽等因素的腐蚀，采用电泳工艺进行防腐处理，另外，由于钢板的底部直接露出于车身底部，因此需要在钢板朝向地面的一侧喷涂 0.5-1.2mm的PVC层起到耐石子冲击的作用，同时达到防止电泳层刮花的目的，提高防腐效果。

但是，现有的电池包底部防护结构中，钢板受到冲击产生的振动容易导致钢板与PVC层分层，影响钢板的防腐效果，同时也容易导致钢板开裂，进而影响对于电池包的防护效果。

发明内容

针对现有电池底部防护结构存在易受冲击分层和开裂的问题，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；所述金属板和所述纤维增强树脂框满足以下条件：

其中，W为边框板的宽度，单位为mm；

L为金属板的长度，单位为mm；

ρ

d

σ

ε

可选的，所述金属板和所述纤维增强树脂框满足以下条件：

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，所述金属板的密度ρ

可选的，所述金属板的厚度d

可选的，所述纤维增强树脂框的拉伸强度σ

可选的，所述纤维增强树脂框的断裂延伸率ε

可选的，所述上纤维增强树脂层、所述金属板和所述下纤维增强树脂层均为大致方形片状结构；

所述纤维增强树脂框为片状大致方形框体结构。

可选的，所述纤维增强树脂框中，多个所述边框板的宽度相等，或：

沿所述纤维增强树脂框宽度方向延伸的边框板的宽度大于1.2倍沿所述纤维增强树脂框长度方向延伸的边框板的宽度。

可选的，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。

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者如上所述的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。在金属板的外周设置有纤维增强树脂框作为上纤维增强树脂层和下纤维增强树脂层的边框位置连接过渡件，能够有效抵消金属板厚度对于上纤维增强树脂层和下纤维增强树脂层边框连接的影响，保证电池防护底板的边框位置强度，进而有利于将电池防护底板的边框位置作为其在电池包上的安装结构，提高其抗冲击能力。

进一步的，所述金属板嵌入于所述纤维增强树脂框中间并由所述上纤维增强树脂层和所述下纤维增强树脂层固定，正常工况下，在金属板的长度方向悬伸量最大，当金属板受到冲击时，其长度方向的受力更大，更易发生分层现象或是导致金属板开裂；而金属板的密度、厚度与金属板的自身强度相关，边框板的宽度、拉伸强度和断裂延伸率与其对于金属板的安装稳定性相关。因此，为了避免所述电池防护底板的分层和开裂问题，通过试验总结了关系式

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； 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所示，本发明一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；所述金属板12和所述纤维增强树脂框13满足以下条件：

其中，W为边框板131的宽度，单位为mm；

L为金属板12的长度，单位为mm；

ρ

d

σ

ε

通过上纤维增强树脂层11和下纤维增强树脂层14复合在金属板12的正反两个表面，一方面，上纤维增强树脂层11和下纤维增强树脂层14能够提高金属板12的防腐性能，同时，下纤维增强树脂层14能抵抗石子等对电池防护底板1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11 和下纤维增强树脂层14与金属板12复合后有效地提高了金属板12的刚度和强度，具有更高的抗冲击能力。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，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包3上的安装结构，提高其抗冲击能力。

进一步的，所述金属板12嵌入于所述纤维增强树脂框13中间并由所述上纤维增强树脂层11和所述下纤维增强树脂层14固定，正常工况下，在金属板 12的长度方向悬伸量最大，当金属板12受到冲击时，其长度方向的受力更大，更易发生分层现象或是导致金属板12开裂；而金属板12的密度、厚度与金属板12的自身强度相关，边框板131的宽度、拉伸强度和断裂延伸率与其对于金属板12的安装稳定性相关。因此，为了避免所述电池防护底板1的分层和开裂问题，通过试验总结了关系式

在一些实施例中，所述金属板12和所述纤维增强树脂框13满足以下条件：

通过上述关系式的限定，有利于综合所述边框板131的宽度W、所述金属板12的长度L、所述金属板12的密度ρ

在一些实施例中，所述边框板131的宽度W为30～200mm。

具体的，0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm 或1.5mm。

具体的，所述边框板131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。

当边框板131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，所述金属板12的密度ρ

具体的，所述金属板12的密度ρ

所述金属板12的密度ρ

在一些实施例中，所述金属板12的厚度d

具体的，所述金属板12的厚度d

所述金属板12的厚度d

在一些实施例中，所述纤维增强树脂框13的拉伸强度σ

具体的，所述纤维增强树脂框13的拉伸强度σ

在一些实施例中，所述纤维增强树脂框13的断裂延伸率ε

具体的，所述纤维增强树脂框13的断裂延伸率ε

所述纤维增强树脂框13的拉伸强度σ

在一些实施例中，所述上纤维增强树脂层11、所述金属板12和所述下纤维增强树脂层14均为大致方形片状结构；所述纤维增强树脂框13为片状大致方形框体结构。需要说明的是，所述大致方形片状结构和所述片状大致方形框体结构指的是其总体形状呈方形，在一些细节的位置不影响其总体形状的情况下，可以发生改变，例如，在方形的角位置采用圆角设置，或是在方形的边缘设置有凸起或凹槽等，采用上述大致方形结构可以更好地匹配电池包3的形状。

在一些实施例中，所述纤维增强树脂框13中，多个所述边框板131的宽度相等。

如图2所示，在一些实施例中，所述纤维增强树脂框13中，沿所述纤维增强树脂框13宽度方向延伸的边框板131的宽度大于1.2倍沿所述纤维增强树脂框13长度方向延伸的边框板131的宽度。

通过增大沿所述纤维增强树脂框13宽度方向延伸的边框板131的宽度，有利于提高所述电池防护底板1在长度方向的抗冲击强度。

如图6所示，在一些实施例中，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，同时，所述纤维增强树脂框13利于提高安装位置的整体厚度和抗拉伸剪切强度，具有足够的安装稳固性。

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，所述纤维增强树脂层、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，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。

在一实施例中，所述金属板12为钢板，所述钢板的外表面设置有镀锌层、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的边框位置连接与所述托盘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的边框位置连接与所述托盘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者如上所述的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，所述金属板选自镀锌钢板，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通过铆钉安装于所述电池包的底部边框位置。

其中，当所述边框板的宽度W为200mm、所述金属板的长度L为1600mm、所述金属板的密度ρ

实施例2～23

实施例2～23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2～23提供的上纤维增强树脂层、金属板和下纤维增强树脂层。

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提供的上纤维增强树脂层、金属板和下纤维增强树脂层。

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：

采用球体作为冲击头对电池包复合防护结构的电池防护底板进行冲击，以模拟整车底部受到异物撞击的工况，球体的直径为25mm，重量为10kg，冲击能量为300J，冲击速度为8.5m/s，选取电池防护底板的中心点以及中心点外周的四个点作为冲击点，进行5次冲击。

测量电池包托盘在各个冲击点的凹陷变形量，选取凹陷变形量最大的冲击点，记录为电池包托盘的凹陷变形量；一般地，300J能量冲击的凹陷量要求是不高于3mm。

采用游标卡尺测量电池防护底板受冲击后发生粉化区域的直径，对单个冲击点重复测量三次，确定平均数值，选择粉化区域直径最大的冲击点，记录为电池防护底板的粉化区域的直径；一般地，粉化区域的直径要求是不大于10mm。

记录电池防护底板冲击后是否开裂。

得到的测试结果填入表2。

表2

从表1的测试结果可以看出，所述边框板的宽度W、所述金属板的长度L、所述金属板的密度ρ

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。