淺析PCM快速成型技術

侯偉健，魏秀賓，徐光磊

淺析PCM快速成型技術

侯偉健，魏秀賓，徐光磊

（山東格瑞德集團有限公司，山東 德州 253000）

隨著我國新能源電動汽車的快速發展，對電動汽車的性能要求也越來越高，其中電動汽車輕量化問題占據了首要位置，作為新能源電動汽車動力電池的上蓋也成了主要減重目標。文章主要介紹PCM快速成型技術、產品成型工藝及設備需求，并通過對PCM快速成型技術的介紹、技術優勢、原材料與設備需求情況進行淺析，簡述技術的應用現狀、技術發展必要性及優化改進的建議。

PCM；FRP；電池蓋；原材料；輕量化

1 前言

新能源汽車進入了迅速發展的時期，動力電池的能量密度等也不斷提升，因此對高能量密度的電池安全問題的關注度也越來越高。輕量化是目前電動汽車發展的重要方向，是節能減排的重要手段[1-2]。作為電動汽車關鍵部位的電池箱蓋，其輕量化也是提高車輛續航里程的重要途徑。

經過近幾年的不斷研究開發，現有電池箱蓋主要采用玻璃纖維增強樹脂基熱固性復合材料（FRP）及玻璃纖維增強聚丙烯熱塑性復合材料（PP）制成，其中包含的成型工藝有SMC、RTM及LFT-D等工藝，因工藝技術及原材料的限制電池蓋的厚度均在3mm以上，故電池蓋重量無法繼續降低。PCM快速成型技術的出現，利用玻璃纖維環氧預浸作為原材料，電池蓋成型厚度最小可達到0.9mm，因此電池蓋重量可減少40%以上，此種電池蓋的性能參數也遠遠超過設計標準，為電池安全帶來保證。

2 PCM快速成型技術概述

PCM快速成型技術是基于快速固化環氧預浸料以及結合模壓工藝產生的一種快速成型工藝技術。

電池蓋快速成型工藝流程包含預浸料裁剪、預浸料鋪貼、模壓固化、后加工等，流程如圖1所示：

圖1 PCM快速成型技術流程圖

（1）利用FiberSim軟件對產品進行鋪層設計，輸出二維裁剪圖紙，操作自動化裁布機對所需預浸料進行程序化裁剪，完成需要的料片形狀裁剪，為下一步準確鋪貼做好準備工作。

（2）操作人員在待用的轉移襯套模上進行產品預制體鋪貼，嚴格處理邊角對接位置，避免模壓時影響產品性能。鋪貼過程中需在20-25℃的潔凈房間內進行，來確保操作過程中的方便性與準確性。

（3）襯套模定位后，利用五軸機械手將鋪貼完成的襯套模放置在加熱模具體上，操作液壓機，主缸下行合模，電池蓋進入固化階段，加熱模具型腔內溫度控制在150±5℃，產品單位投影面積內壓強在1-2Mpa之間。固化完成后將襯套模轉移，開啟大功率工業風扇對電池蓋進行風冷后脫模流轉。

（4）電池蓋成型后，利用五軸機械手激光切割設備對產品各個安裝孔進行精確切割，完成電池蓋的最終加工。

（5）電池蓋進行氣密性檢測以及尺寸檢測。根據新能源汽車自燃的分析，大部分是由電池包進水短路造成，所以電池蓋氣密性的好壞直接影響到pack電池包的安全性，電池蓋的氣密性檢測必須要嚴格執行。

快速成型技術中，襯套模需要多個同時進行人員鋪貼，才可以保證快速成型的節拍，現階段寧德時代新能源（CATL）已采購多家具有此工藝技術廠商的電池蓋，并且在訂單量上呈增加的趨勢。

3 PCM快速成型技術優勢

表1 三種工藝成型電池蓋性能對比表

隨著新能源汽車的不斷發展，FRP、PP量產新能源電池蓋的需求量也越來越大，作為汽車輕量化的方向上的主要部件，電池蓋持續減重也至關重要。現有主流工藝性能參數比較如表1所示。

3.1 輕質、高強、高表面質量

（1）從平均面積重量性能參數看出，同類產品PCM減重≥40%。

（2）拉伸強度、彎曲強度與產品厚度的乘積，即為產品的強度，從表中數據可以得出，三種玻璃鋼成型工藝，PCM的強度優勢也十分明顯。

（3）由于PCM成型工藝中，基體樹脂流動相對很小，不會造成周邊富樹脂區，通過控制預浸料的樹脂含量，能確保產品表面光潔，無玻纖痕和樹脂流痕等缺陷。

3.2 成型效率

針對量產電池箱上蓋，設計的方案是：每套模具配套3-5套襯套模，將預制體的制作與模壓工序同步，每套模具的生產節奏可控制在10-15min/件。

4 PCM快速成型技術原材料支持

PCM快速成型技術的關鍵成型材料為玻璃纖維增強環氧快速固化預浸料，目前參與技術開發的項目所用的基本都是江蘇恒神股份有限公司的EV101-UL 預浸料。

EV101-UL預浸料是一款阻燃環氧材料體系，可滿足電池蓋阻燃要求。織物預浸料纖維面密度為 200~650g/㎡，完全滿足目前成型工藝的設計需求。 EV101-UL 系列預浸料樹脂含量可以根據工藝要求進行調整，樹脂含量偏差為±3%，可滿足電池蓋表面光潔度要求；同時按工藝要求可調節固化溫度、固化時間，大大滿足了工藝多樣化的需求。

利用PCM快速成型技術工藝（150℃×5min）成型的玻纖織物預浸料層壓板典型物理性能如表2所示：

表2 力學性能表

注：*預浸料纖維體積含量為 60%。

表3 阻燃性能表

5 PCM快速成型技術設備需求

目前已有較為成熟的PCM快速成型生產線及設備，自動化設備模塊為快速成型技術提供了堅實的基礎。為了能達到快速成型需求，目前生產線配備的自動化設備主要包含：

（1）自動化裁布機。FiberSim軟件提供精確鋪層圖紙，自動化裁布機高效準確的裁剪預浸料樣片。

（2）襯套模。采用P20模具鋼加工的薄殼體襯套模，加快了溫度傳導速度，減少了成型節拍；表面呈亮光澤面，為電池蓋外觀提供保障。目前臺州優普塑模有限公司加工此工藝技術用模具相對成熟。

（3）五軸機械手。利用ABB機械手臂對襯套模進行轉移放置，準確放置定位杜絕了人員操作不當對襯套模的磕碰及損傷，縮短了操作時間。

（4）四柱式液壓機。使用廈門泰田液壓制造高精度四柱式液壓機，進一步控制產品的成型精度。

（5）高精度激光切割設備。采用五軸激光切割設備，保證產品安裝孔的加工精度。

（6）自主研發通用氣密檢測設備。全尺寸工作臺面，滿足各種型號規格的電池箱蓋進行測試，氣體泄漏量測量準確，全自動一鍵操作。

6 結束語

PCM快速成型技術作為新能源汽車電池蓋生產的一項前沿技術，相比于SMC、LFT-D成型工藝，電池蓋具有超薄的主體、超高的物理性能以及較優的制造環境。有著良好的經濟效益和市場前景，目前國內多家復材制品公司已有產能布局，并已經在乘用車和商用車電池上應用，量產經驗有待結合量產項目去進一步積累和完善。

PCM快速成型技術模具方面設計還是重中之重，目前國內制作經驗還有所欠缺，建議與模具廠、主機廠、材料供應商等各方合作，積累經驗進行模具優化使電池蓋表面效果更加完美。

[1] 武萬斌,年雪山.汽車輕量化技術發展趨勢[J].汽車工程師,2017 (01):15-17.

[2] 鄭斯澤.汽車輕量化技術[J].科技與創新, 2016, 000(001):131-131.

Brief Analysis of PCM Rapid Prototyping

Hou Weijian, Wei Xiubin, Xu Guanglei

（Shandong Great Group Co., Ltd., Shandong Dezhou 253000）

With the rapid development of new energy electric vehicles (evs) in China, the performance requirements for evs are becoming higher and higher, and the issue of evs'lightweight occupies the primary position, as a new energy electric vehicle power battery cover has become the main target of weight reduction. This paper mainly introduces the PCM Rapid prototyping, product forming process and equipment requirements, and analyzes the PCM Rapid prototyping's introduction, technical advantages, raw materials and equipment requirements, the application status, necessity of technological develop -ment and suggestions for optimization and improvement are briefly described.

PCM; FRP; Battery cover; Raw materials; Lightweight

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.040

U466

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1671-7988(2021)07-126-03

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侯偉健（1993.03-）， 男，漢族，本科，就職于山東格瑞德集團有限公司，主要從事纖維增強復合材料技術及應用研究。