本发明涉及动力汽车，具体为一种抗冲击动力汽车电池包底部防护板及复合材料制备方法。
背景技术：
1、新能源动力汽车使用电能，相比于石油燃料具有更加环保、可持续、成本低廉易获取的特点，此类动力汽车通常使用锂电池为其供电，在汽车发生碰撞时电池包发生挤压变形，会导致电池破损、短路，最终导致电池自燃以及爆炸。
2、目前汽车电池多放置在底盘内部，处于车底较低的位置，当车辆在路上最行驶过程中，存在路面异物碰撞车底电池包的情况，电池包底部防护结构作为电动汽车上的电池包底部最后一道防护层，对电池包的底部防护起着至关重要的作用，常规的电池包底部多为平板式金属板材护板结构，护板由铁材或铝材冲压成带有沟槽的凹凸结构，这种结构的底部护板的抗冲击能力较差，容易造成底护板受撞击处上方电池包被挤压而损坏。
3、剪切变硬胶作为一种剪切增稠材料，在常态下，剪切变硬胶表现为粘性流体状态，在受到剪切作用或冲击荷载时，它的模量会迅速提高，表现为类固体状态，从而承受外部荷载，吸收伴随而来的能量，基于此特性，剪切变硬胶在冲击防护方面已有部分应用，是一种备受关注的新型智能材料。
4、在汽车电池底板冲击防护性能改善方面，现已有公开号为cn116278234a的中国专利申请公开了一种泡沫铝夹芯电池仓底板及其制备方法，该泡沫铝夹芯电池仓底板包括上盖板、下盖板、边框和芯板，所述边框的底部与所述下盖板焊接，所述边框的顶部与所述上盖板焊接，所述芯板填充设置在所述上盖板、所述下盖板和所述边框围成的空腔内，所述芯板包括泡沫铝基板和相变材料，所述相变材料填充在所述泡沫铝基板的孔洞中，所述相变材料为石蜡或改性石蜡，电池仓底板以泡沫铝基板为内芯，可以提升抗冲击性能以及减轻底板的重量，泡沫铝基板的孔洞中填充相变材料可以进一步地提高其抗压强度，以及提高底板的吸音性能和保温性能；但该方案中所填充的相变材料在高温下为液体状，存在泄漏风险。授权公告号为cn213989033u的专利公开了一种电池箱底板结构及电池包，该电池箱底板结构包括：支撑板、护板、气囊，该电池箱底板结构，通过在护板和支撑板之间形成气囊，气囊内填充有气体，使得填充有气体的气囊能够一定程度的膨胀，能够对支撑板进行有效支撑，当外部冲击力通过护板传递至气囊时，气囊内的气体起到了吸收的作用，避免外部的冲击力依次传递至支撑板的电芯，实现对电芯的防护；该方案采用气囊作为受冲击时的吸能构件，成本较高，技术复杂容易出现故障。授权公告号为cn220042136u的专利公开了一种复合结构的电池包底护板，包括四周设置有法兰边的主体防护区，所述主体防护区形成容置腔，所述容置腔内设有中部连接梁以及铺设有缓冲泡沫层，所述中部连接梁沿着车辆行驶方向或者车辆宽度方向布置于容置腔内，底护板的主防护区域采用复合的夹层结构，其中容置腔内布置的缓冲泡沫层可进一步吸收外部冲击、撞击能量，该方案通过热塑性复合材料防护层（上防护层和下防护层）的分层、开裂，高强度钢板塑性变形，粘接层（第一粘接层和第二粘接层），以及主体防护区内的缓冲泡沫层吸收能量；但该方案中的吸能设计多为依靠塑性变形吸能，具有不可恢复性，且热塑性复合材料防护层的分层开裂也会影响电池包底护板的整体性能。授权公告号为cn219904038u的专利公开了一种汽车电池防护结构及动力设备，其中汽车电池防护结构包括承载基板和偏移底板等，承载基板用于与车体连接，偏移底板设置于承载基板的下方，且两者之间设置有阻尼部件，汽车电池防护结构还包括扭转组件，扭转组件连接于偏移底板的底部，当异物撞击扭转部件时，扭转部件将滑割转变为滚动，加强防护结构对汽车电池的防护能力，碰撞应力在传递至阻尼部件时，阻尼部件发生塑性形变，抵消碰撞应力，对碰撞应力产生阻断性，进而降低电池收到的冲击；该方案使用阻尼部件、扭转组件等抵消碰撞应力，部件的布置需要额外空间，且部件之间连接复杂，不利于后期维护。授权公告号为cn219904038u的专利公开了一种电池包底护板，包括：电池包防护板板材，且该电池包防护板板材由上至下依次包括上面层堆栈、pp蜂窝层、钢板以及下面层堆栈，且上面层堆栈至少包括两层上玻璃纤维层，下面层堆栈至少包括两层下玻璃纤维层，并在两层下玻璃纤维层之间设置有金属网，其中，两层上玻璃纤维层中热塑性复合材料片材铺设角度相同，两层下玻璃纤维层中热塑性复合材料片材铺设角度相同；该方案通过在下面层堆栈中添加金属网以提高下玻璃纤维层的强度，使得电池包底护板具有较强的抗冲击力和抗刮蹭性能，但该方案提出的电池包底护板层数较多，且构造复杂，生产成本较高。授权公告号为cn116252523b的专利公开了一种电池包下箱体复合材料底护板及制备方法，底护板与下箱体可拆卸式连接在一起，底护板包括由下至上依次设置的下蒙皮、聚氨酯复合材料芯材、加强肋、上蒙皮，本产品成型过程中上、下蒙皮、加强肋与聚氨酯复合材料芯材通过聚氨酯发泡成型制备过程自身化学反应胶连结合，该发明通过模具内一次发泡成型，可实现电池包下箱体结构的减重以及提高底护板的抗冲击性能，其中聚氨酯复合材料芯材具有保温功能，可维持电池包的温度恒定；但该专利中作为代替传统胶接方式的方案，即制备过程中发生化学反应胶连结合，该化学反应胶连结合的可靠性没有经过检验，若发生脱粘问题对底护板的性能的影响不可预知。授权公告号为cn219338815u的专利公开了pp蜂窝复合增强汽车底盘防护板，包括上下依次粘接的热塑性玻纤复合板、蜂窝芯、钢板、热塑性玻纤复合板，热塑性玻纤复合板包括至少一层玻璃纤维织物热塑性pp预浸带，玻璃纤维织物热塑性pp预浸带中的玻璃纤维织物为经纬方向编织成型，其中蜂窝芯和钢板共同组成中间夹芯缓冲层，可以实现缓冲吸能的作用；以及授权公告号为cn218677392u的专利公开了一种电池底护板，底护板主体部分采用蜂窝结构提高底部抗撞性能，具有成本低，轻量化且耐冲击力强的优点；还有授权公告号为cn218702739u的专利公开了电动汽车底盘电池复合装甲保护板，所述保护板为多层复合板结构，多层复合板结构至少包括有高强度板、抗冲击板和支撑板，高强度板、抗冲击板和支撑板依次叠放、并且之间分别通过结构胶粘结为整体，所述抗冲击板采用铝合金蜂窝板或柔性板；上述三个方案中采用的蜂窝结构为硬质材料，不具备回弹特性，承受冲击后易发生不可恢复变形从而导致蜂窝结构降低或丧失冲击防护功能。公开号为cn115972705a的专利公开了一种基于聚脲防水涂料的电池底部防护复合材料，其包括中间钢板层和骨架层，利用玻璃纤维编织布较好的耐冲击和刚性性能，其作为骨架材料应用于材料中，通过半聚脲防水涂料作为粘结剂和成膜剂，把玻璃纤维编织布和冷轧钢板组合成一个复合材料，具有优异的物理性能和耐候性能，生产过程中能耗低，无异味产生，零挥发，防水，防火，防腐蚀；该方案中的缓冲材料为玻璃纤维编织布在受到冲击时容易发生脆性断裂，容易出现层间滑移或分层现象，一旦遭受过大冲击可能会破损开裂导致无法继续承受荷载。
5、在较大冲击下，传统防护结构可能出现断裂，也可能产生较大变形而导致电池组变形，这同样会带来安全问题，具有质轻且可抵抗冲击性能的剪切增稠材料在汽车安全防护方面应用还较少，如授权公告号为cn217387412u的专利公开了一种电池包底护板结构，包括护板本体，所述护板本体包含上护板和设于上护板下方且与上护板固定连接的下护板，所述上护板与所述下护板间形成有多个密封腔，所述密封腔里填充非牛顿流体，护板本体的四周设置有向上凸起的将所述护板本体与车架固定连接的第一连接部。授权公告号为cn218677382u的专利公开了一种电池包底护板、电池包及电动车，其中电池包底护板用于防护电池包的底部，所述电池包底护板包括至少两层间隔设置的层板和可回弹的缓冲材料，相邻两层所述层板之间填充有所述缓冲材料，电池包防护板受到冲击时可回弹的缓冲材料可以立刻吸收和分散高速撞击时产生的能量，该缓冲材料封装在腔体内且可为非牛顿流体凝胶和改性聚氨酯等；上述基于剪切增稠材料的防护设计专利，需要利用密封腔使流体不外泄，同时其密封腔也存在破损可能性的潜在隐患，从而导致内部流体泄露。
6、上述专利申请中存在有采用气囊作为受冲击时的吸能构件的方案，但使用气囊成本较高且技术复杂容易出现故障；或依靠塑性变形吸能，具有不可恢复性；或使用阻尼部件抵消碰撞应力，但阻尼部件的布置需要额外空间，且部件之间连接复杂，不利于后期维护；或电池包底护板层数较多，且构造复杂，生产成本较高；或采用蜂窝结构作为吸能结构，其所用蜂窝结构大多为硬质材料，不具备回弹特性，承受冲击后易发生不可恢复变形从而降低或丧失防护功能；而基于剪切增稠材料的防护设计，则需要利用密封腔使流体不外泄，具有泄露的潜在隐患。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提供一种抗冲击动力汽车电池包底部防护板及复合材料制备方法，目的是为了提高动力汽车电池包底部的冲击防护性能。解决目前基于硬质材料塑性变形、阻尼部件或气囊等进行冲击防护的动力汽车电池包底板所存在的构造设计、加工难度较大；以及基于剪切增稠材料的缓冲防护技术制备难度大且剪切增稠材料在自然状态下为粘性流态的问题，进一步保障车辆和人员安全。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种抗冲击动力汽车电池包底部防护板，用于对动力汽车电池包的底部进行冲击防护，所述电池包底部防护板包括至少两层间隔设置的层板以及掺有剪切增稠材料的剪切变硬抗冲击复合材料；相邻两层所述层板之间填充有所述剪切变硬抗冲击复合材料；其中上方的层板为盖板，下方的层板为底板，所述底板上形成有容纳所述剪切变硬抗冲击复合材料的腔体，所述盖板扣盖在所述腔体的开口上。
4、进一步地，电池包中电池模组底下的电池水冷系统底板的下表面贴合于所述盖板的上表面。
5、进一步地，所述盖板上设有条状凹槽用以增强层板的抗弯曲性能，剪切变硬抗冲击复合材料填充于上述盖板与层板之间的腔体中后，对盖板和层板的周边进行焊接或通过螺栓或焊接方法使层板之间固定连接。
6、进一步地，所述盖板和所述底板可为铝合金板、冷轧钢板或复合材料板。
7、进一步地，所述盖板和所述底板均通过冲压工艺加工而成。
8、进一步地，所述盖板为整块方板或带有凹槽。
9、进一步地，相邻两层所述层板之间通过焊接工艺或螺栓固定连接。
10、进一步地，在上述的电池包底部防护板中，剪切变硬抗冲击复合材料的总厚度不超过20mm。
11、进一步地，所述剪切变硬抗冲击复合材料是由二甲基羟基硅油和硼酸先制备出剪切变硬胶，再加入乙烯-醋酸乙烯共聚物，偶氮二甲酰胺，甲基乙烯基硅橡胶，过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯和氧化锌，使上述物料均匀混合，通过模具将已混合均匀的混合物在模具中压成型，再由烘箱进行高温发泡而成。
12、本发明还提供一种剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，包括以下步骤：
13、a.将硼酸加入二甲基羟基硅油中混合均匀在180～200℃下反应并加入正辛酸催化反应，期间保持搅拌使物料充分反应，直至形成剪切变硬胶；
14、b.将步骤a中获得的剪切变硬胶与乙烯-醋酸乙烯共聚物，偶氮二甲酰胺，硼酸，甲基乙烯基硅橡胶，过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯和氧化锌混合均匀；
15、c.将步骤b中获得的产物置于模具中，在20～30mpa的压强下压平并去除多余溢出；
16、d.将步骤c中已压平的物料连同模具一起置于在160～190℃条件下20～60分钟使产物发泡完全；
17、e.将步骤d中获得的产物冷却至室温。
18、进一步地，所述二甲基羟基硅油与硼酸的质量比为20～40:1；所述正辛酸的添加量为每克二甲基羟基硅油加入2.5l正辛酸。
19、进一步地，二甲基羟基硅油与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为2:1～5。
20、进一步地，乙烯-醋酸乙烯共聚物与偶氮二甲酰胺的质量比为5～10:1。
21、进一步地，二甲基羟基硅油与甲基乙烯基硅橡胶的质量比为5～10:3。
22、进一步地，二甲基羟基硅油与过氧化苯甲酰的质量比为10～20:1。
23、进一步地，乙烯-醋酸乙烯共聚物与过氧化二异丙苯的质量比为8～80:1。
24、进一步地，乙烯-醋酸乙烯共聚物与氧化锌的质量比为100:1。
25、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
26、1、本发明通过对抗冲击动力汽车电池包底部防护板的设计达到动力汽车电池包底部抗冲击效果，其展现了良好的能量耗散作用，能够有效防止电池包底部因受到冲击而伤及内部电芯使其出现损坏，与其他基于结构设计的缓冲措施如采用硬质材料塑性变形、阻尼部件或气囊等方案相比，本发明所采用的剪切变硬抗冲击复合材料具有变形可恢复的特性，且本发明提出的方案设计简便，加工难度低。
27、2、本发明通过采用掺有剪切增稠物质的剪切变硬抗冲击复合材料进行抗冲击动力汽车电池包底部防护板方案设计，利用剪切变硬胶独特的应变率敏感性，即在自然状态下弹性模量较低而在受到高应变率荷载时其储能模量和屈服应力等力学性能大幅度增强的特性，此特性使得以剪切变硬胶为基础的剪切变硬复合材料有着较好的减振、隔振、冲击防护、隔音、隔热等效果，其在自然状态下弹性模量较低可以起到减振的效果，在汽车电池包底部受到冲击荷载时其可抵挡剧烈变形，吸收冲击能量，保护车辆和人员安全。
28、3、本发明通过采用掺有剪切增稠物质的剪切变硬抗冲击复合材料进行抗冲击动力汽车电池包底部防护板方案设计，规避了剪切变硬胶固有的流动性能带来的不便，避免了直接采用剪切变硬胶作为缓冲材料带来的流体外泄的潜在隐患。
1.一种抗冲击动力汽车电池包底部防护板，用于对动力汽车电池包的底部进行冲击防护，其特征在于，所述电池包底部防护板包括至少两层间隔设置的层板以及掺有剪切增稠材料的剪切变硬抗冲击复合材料；相邻两层所述层板之间填充有所述剪切变硬抗冲击复合材料；其中，上方的层板为盖板，下方的层板为底板，所述底板上形成有容纳所述剪切变硬抗冲击复合材料的腔体，所述盖板扣盖在所述腔体的开口上。
2.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，所述剪切变硬抗冲击复合材料的总厚度不超过20mm。
3.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，所述盖板和所述底板为铝合金板、冷轧钢板或复合材料板。
4.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，所述盖板和所述底板均通过冲压工艺加工而成。
5.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，所述盖板为整块方板或带有凹槽。
6.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，相邻两层所述层板之间通过焊接工艺或螺栓固定连接。
7.根据权利要求1所述的抗冲击动力汽车电池包底部防护板，其特征在于，所述剪切变硬抗冲击复合材料是先将硼酸加入二甲基羟基硅油中混合均匀，使其在高温下反应并加入正辛酸催化反应，期间持续搅拌直至形成剪切变硬胶，再将上述剪切变硬胶与乙烯-醋酸乙烯共聚物，偶氮二甲酰胺，硼酸，甲基乙烯基硅橡胶，过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯和氧化锌混合均匀，再将上述物料的混合物置于模具中压平，再将其混合物与模具一起置于高温条件下使其进行发泡而成。
8.一种剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，所述二甲基羟基硅油与硼酸的质量比为20～40:1；所述正辛酸的添加量为每克二甲基羟基硅油加入2.5μl正辛酸。
10.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，二甲基羟基硅油与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为2:1～5。
11.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物与偶氮二甲酰胺的质量比为5～10:1。
12.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，二甲基羟基硅油与甲基乙烯基硅橡胶的质量比为5～10:3。
13.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，二甲基羟基硅油与过氧化苯甲酰的质量比为10～20:1。
14.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物与过氧化二异丙苯的质量比为8～80:1。
15.根据权利要求8所述的剪切变硬抗冲击复合材料的制备方法，其特征在于，乙烯-醋酸乙烯共聚物与氧化锌的质量比为100:1。
