電池箱在新能源汽車結構中占據了重要的位置。在為新能源汽車提供了有效的能源以及動力的同時，由于單個電池的電荷相對較小，需要的數量大，造成電池箱總成過重，從而會影響汽車的加速性能和能達到的最高車速。

目前電池箱總成本身占據了汽車總重的30%——35%，由于電池箱總成本身消耗了大量的電池效能，因此減輕電池箱的重量已經成為新能源汽車發展的當務之急。

由于電動汽車的電池箱一直采用耐疲勞性能極好的鋼質材料來制造，并且應用開發技術已日趨成熟。有專家研究在不同工況下點多汽車電池箱的強度分析，并對電池箱局部進行優化設計和改進，改善了局部結構上的應力集中情況，使結構強度得到提升。

雖然專家們都對電動汽車電池箱結構進行了優化，但卻依然改變不了減少電池箱自身重量過重的事實，用金屬材料設計的電池箱不僅自身重量大，浪費汽車能源的利用率，同時與碳纖維等復合材料相比，其強度、密封性低也成了重要缺陷。

近年來，碳纖維復合材料以其質量輕、比強度高、比剛度高并且可一體化設計等特點，在汽車工業方面已經得到非常廣泛的應用。挪恩復材很早就開展了碳纖維汽車方面的應用，經過不斷研究后發現，電動汽車電池箱體過重的難題，可通過碳纖維來嘗試解決。

自寶馬在i3和i8系列車型上大量使用碳纖維材料，碳纖維材料真正成為了汽車輕量化的一個重要方向。已經存在的應用形式中，汽車上的應用主要包括以下幾類:結構件、車身及車身部件、發動機蓋下部件、車內裝飾部件等。針對動力電池包的輕量化，文獻中有一些研究設計方法，真正大量應用尚未出現，除了技術，一個主要原因是成本。

碳纖維，指由有機纖維或低分子烴氣體原料在氣氛中經高溫（1500℃）碳化而成的纖維狀化合物，其碳含量在90%以上。它即具有碳材質的原有屬性，還具備纖維材料的柔軟可加工性。耐熱性好、熱膨脹系數性低，熱導率高，還具備導電性和良好的耐一般酸堿性。

碳纖維按照原料來源可以分為聚丙烯腈基碳纖維（PolyacrylonitrileCarbonFiber，PANCF），瀝青基碳纖維（PitchCarbonFiber），黏膠基碳纖維（RayonCarbonFiber）；按力學性能分，可以分為通用級（GP）碳纖維、高性能級（HP）碳纖維、高強度（HS）碳纖維、高模量（HM）碳纖維、超高強度（UHS）碳纖維、超高模量（UHM）碳纖維。

按照碳纖維發揮的作用分，可以分成受力結構用碳纖維，耐焰用碳纖維，導電用碳纖維，潤滑用碳纖維，耐磨用碳纖維，活性炭碳纖維等。汽車或者電池包適用的碳纖維材料，多數都是受力結構用碳纖維。

碳纖維產品分類，碎屑、短纖維、長纖維、連續纖維、編制布、織管；

由于聚丙烯腈基碳纖維在強度上要優于瀝青基和黏膠基碳纖維，在全世界的碳纖維生產中占有90%以上的比例。聚丙烯腈原絲經過預氧化處理、炭化和在盡可能高的溫度下熱處理制成的炭纖維，一般所說碳纖維，指的就是它。

碳纖維原絲的制備，是一個環節多，冗長復雜的化學過程，距離我們的應用也比較遠，擱置不表。直接來到碳纖維復合材料的成型。

復合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。碳纖維復合材料則是把碳纖維作為增強成分添加到基材中，形成的一類復合材料。

我們在汽車上常見的樹脂基材碳纖維復合材料，基材可以分成熱固性和熱塑性兩類：

熱固性樹脂（hermoset）：環氧樹脂（Epoxy），乙烯酯樹脂（VinylEster），不飽和聚酯樹脂（UnsaturatedPloyester），酚醛樹脂（Phenolic）；

熱塑性樹脂（Thermoplastic）：PE，PP，PVC，PA；

成型工藝，是將原材料轉化為結構件的關鍵工藝步驟，復合材料在汽車上的應用離不開成型工藝的發展。碳纖維復合材料的加工成型工藝很多，不同的成型加工技術對制品的性能會帶來較大的影響。

目前常用的車用碳纖維復合材料加工成型工藝主要有：手糊成型（HandLaying－up）、噴射成型（SprayMoulding）、團狀模塑料（DoughMoldingCompound，DMC）成型、片狀模塑料（SheetMoldingCompound，SMC）成型、層壓成型（LaminationProcess）、樹脂傳遞模塑成型（ResinTransferMolding，RTM）、纏繞成型（WindingProcess）、反應注射成型（ReactionInjectionMolding，RIM）和拉擠成型（PultrusionProcess）等。

常見工藝過程，連續纖維增強復合材料的材料成型一般與制品的成型同時完成，再輔以少量的切削加工和連接即成成品。隨機分布短纖維增強塑料可先制成各種形式的預混料，然后進行擠壓、模塑成型。

快速固化樹脂體系

在傳統ＲＴＭ成型過程中，樹脂的固化過程占成型過程的大部分時間，因此快速固化樹脂體系是實現ＲＴＭ高效成型過程的首要條件。研究方向主要是采用低粘度樹脂注射技術。雖然ＲＴＭ成型過程中低粘度樹脂的快速固化可有效提升生產效率，但往往會導致制品力學性能降低，這也是樹脂制備過程需要考慮的重要問題。
樹脂快速注射技術

ＲＴＭ成型過程中，樹脂注射時間的減少可通過增加樹脂注射口、提高樹脂注射壓力的方法實現。增加樹脂注射口可在不提升壓力的情況下有效提升樹脂的注射速度。

然而采用多注射口進行成型時，不同澆注口的樹脂流動鋒面在融合過程中可能導致氣泡的形成，從而需要控制注射口的開啟時間與壓力來減少氣泡的產生。

近年來，高壓ＲＴＭ（ＨＰ-ＲＴＭ）技術在ＲＴＭ的快速成型中得到廣泛應用。樹脂注射壓力較大（２ＭＰａ以上），因而易于實現樹脂快速充滿模腔的過程，同時也能改善樹脂在增強纖維中的浸漬效果，減少制品中孔隙的出現，獲得表面質量優異的制品。

RIM制品表面質量好、成型周期短、生產成本低、可以生產大尺寸部件。RRIM制品用于制作汽車保險杠、儀表盤，高強度RRIM制品還可以用作汽車的結構材料、承載料。

熱壓成型工藝是在一定的溫度與壓力下，樹脂基體發生熔融流動，重新浸漬纖維，從而制備一定形狀的復合材料零件。熱壓成型工藝具有較短的成型周期，易于實現自動化生產過程，可使用傳統金屬板料成型設備，同時適用于熱塑性復合材料的低成本制造過程，對于碳纖維復合材料汽車零部件的高效成型具有廣闊應用前景。

20世紀80年代，SMC成型工藝和散狀模塑料（BulkMoldingCompounds，BMC）成型工藝成為工業化生產車用部件的主要工藝，在車輛制造業中得到了廣泛應用。SMC、DMC和BMC是3種重要的熱固性樹脂基復合材料，它們經常被用作模壓復合材料制品的半成品。

SMC成型工藝是將SMC片材按制品尺寸、形狀及厚度等要求裁剪，然后將多層片材疊合后放入金屬模具中進行加熱、加壓成型的方法。該工藝成型效率高、制品表面光潔、尺寸穩定性好，適于大批量生產，性價比較高。SMC工藝的成功開發和機械化模壓技術的應用使復合材料在汽車工業上的用量年增長率達到25%。SMC已被廣泛應用于發動機罩、導風罩、氣門罩殼、水箱部件、發動機隔音板、加熱蓋板、氣缸蓋、進氣支管、出水口外殼、水泵和燃料泵等汽車制件。

但SMC工藝具有產品不可回收、易污染環境且一次性投資高于對應的鋼制件等缺點，所以SMC工藝在早期只在跑車或大型車體結構上得到應用。為了充分發揮復合材料的減重特性，目前已將碳纖維引入SMC組分中以取代玻璃纖維。荷蘭帝斯曼（DSM）公司研制出的碳纖維片狀模塑料（CSMC），已成功應用于汽車的亞結構部件中（CSMC），已成功應用于汽車的亞結構部件中。

總體結構設計

根據電池模塊的形狀和布置方式，結合動力電池在車身上的位置，本著盡量利用空間的原則，此電池箱體的外包絡設計為接近方形的箱體結構。主體結構層由碳纖維布鋪附而成，并且輔以樹脂，在連接處使用了金屬接頭，金屬接頭和主體結構層之間用結構膠連接。電池模塊和箱體之間采用金屬緊固件進行連接。

為了提高零件的強度和模態，在一些大面積的結構面上，加強筋是提高結構穩定性的典型形式，而帽形筋條相對來說承載效率高、重量低，本電池箱體采用了類似帽形筋條凸筋和凹筋對結構進行了加強。鑒于連續纖維復合材料的特性，碳纖維加強結構凸筋和凹筋處做等厚設計。

鋪層設計

電池箱體的碳纖維編織布采用了T300-3K和T300-12K兩種織布混合的方式，共10層碳纖維平紋織布加樹脂的設計。鋪層時主要考慮了以下注意事項：鋪層角的均衡性、同一鋪層方向的數量要求、鋪層的對稱性、鋪層層間角度的偏差、限制最大連續鋪層數。電池箱體零件采用了10層平紋織布交叉平鋪的方式連接設計。電池模塊需要通過電池箱體連接在車體上，電池箱體在連接處采用了金屬緊固件進行連接，緊固件部分采用埋入方式，通過控制埋入的深度使連接處能夠承受較高的拉力作用；部分緊固件和碳纖維本體之間用結構膠粘結在一起。對設計完成的電池箱體進行力學性能仿真，X、Y方向最大加載1G載荷，Z方向最大加載3G載荷。仿真結果如下表。后續又進行了模態分析，一階模態61Hz。按照標準ISO16750條件進行沖擊仿真，最大內應力76.5MPa。按照標準SAEJ2380條件進行振動仿真，結果遠小于材料最小許用應力。沒有介紹實際實驗結果的對比。