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一文了解复合材料在新能源电池壳领域的应用
汽车维修
日期:2022-05-20 13:07

电池,新能源汽车中的纯增量零部件,单车价值量约3000元左右。电池主要由上盖与下壳体组成,是动力电池模组的“骨架”,用来保护电池pack抵抗外界冲击、防尘防水等。

电动汽车的电池封装外壳(也称为电池槽、盒或外壳)主要用来包装和保护电池。它们的形状和大小各不相同,并且正如其他汽车部件一样,在用材方面可有多种选择,不同材料间的竞争也较为激烈。

电动车难题: 电动汽车的里程焦虑

里程焦虑一直是新能源汽车的头痛点,无论哪个新车的上市,极限里程挑战都是其必过难关。降低重量是提高里程续航的方案之一。一般认为纯电动汽车重量降低10%,续航里程便可增加约6%。新能源汽车“三电”系统约占整车整备质量的1/4左右,有数据显示,在传统汽车基础上设计的新能源汽车比传统燃油车质量会增加15%以上,所以轻量化是新能源汽车比传统汽车更需要的课题。

在动力电池系统中,电池壳占系统总重量约 20-30%,是主要结构件,显著影响其电耗、动力性、制动性能、被动安全性、一次充电续航里程等,因此新能源汽车电池壳的轻量化显得更为重要。轻量化离不开高强度钢、镁铝合金、高性能塑料和碳纤维复合材料等轻量化材料的应用。

碳纤维电池壳的特性与优势

碳纤维电池壳可以改善隔热保温性,降低噪音,减少振动,同时降低声振粗糙度。

◆减轻重量: 如果电池外壳由100%的复合材料而不是铝制成,则车体重大最多可减轻40%。由于电池盒因素导致车体重量减轻,因此在牵引较轻的车辆时,所需的电池和发动机尺寸都会减小。这种积极的螺旋效应可降低车辆成本和里程焦虑,有助于大力促进电动汽车的规模化使用。

◆隔热性: 复合材料除了材质较轻的特质外,还避免了对单独隔热系统的需求,这进一步减轻了车体重量,有助于精简供应链和价值链。对于金属电池封装外壳,需要在材料周围加装隔热保温系统,以保持电池的工作温度。由于复合材料具有隔热保温特性,在防止传热方面有着很好的效果,因此无需在系统中加装更多的增重部件。

◆噪音、振动和声振粗糙度: 相对于金属材料而言,复合材料的噪声、振动和声振粗糙度(nvh)较小,因为它们具有固有的阻尼特性。这对于电池封装外壳和其它车辆部件而言都是如此,两者的差异性可能意味着在驾驶体验方面,一个更豪华舒适,而另一个舒适度要差一些。

◆安全性: 从更大的车身来看,复合材料电池外壳可以设计为车身结构的一部分,不仅可以保护电池,还可以保护车辆中的乘客。复合材料的强度和刚度特性超过了铝或钢,从而能够提供更好的碰撞安全性。这种结合将需要电池封装外壳供应商和底盘设计者之间的密切合作,但对于提高车辆安全性而言,的确是切实可行的。

近期推出的复合材料电池ag真人官方网的解决方案

去年,帝人集团旗下的大陆结构塑料公司(csp)推出了几种新的先进复合材料配方,这些配方在可燃性、热失控和voc排放方面满足最严格的电动汽车电池外壳性能标准,同时提供片状模塑料(smc)的设计灵活性。这些新型复合材料包括低voc配方、ath填充系统、膨胀系统和酚醛系统。

2021 年 5 月,碳纤维制造商东丽工业(日本东京)宣布开发出一种高导热技术将碳纤维增强塑料 (cfrp) 的散热性能提升至金属的散热性能。将此技术应用于 cfrp 可通过材料内部的热传导路径有效地从其来源散发热量。这有助于抑制移动应用中的电池退化,同时提高电子设备应用中的性能。

去年10月,弗劳恩霍夫lbf宣布开发出一种用于电池电动汽车的低成本轻质电池壳,与铝电池壳相比,它可减轻40%的质量。虽然该部件使用了纤维增强复合材料,但其成本却较低,这是因为使用了一种特别开发的高效生产工艺,同时采用了应力等效结构设计。

由弗劳恩霍夫lbf的研究人员组成的团队,利用他们在该领域的专业知识,采用连续纤维增强热塑性塑料以及结合了高效发泡注射成型与cfrtp的创新工艺,生产出一种采用三维夹层设计的轻量化电池壳。

赢创工业集团(德国埃森)去年也在报告说,它正在领导一个ag真人旗舰厅网址的合作伙伴联盟,该联盟使用玻璃纤维增强的环氧树脂片状模塑料(smc)为电动汽车ag真人官方网的解决方案开发了一个更轻、更经济的高压电池外壳概念。该整体电池系统概念旨在为汽车行业提供一个更安全、更节能的金属或价格更高的碳纤维增强塑料(cfrp)的替代品。

今年4月,巴斯夫和一级供应商 l&l products 为福特2022 f-150 lightning 开发了电池保护ag真人官方网的解决方案。该团队在不影响强度的情况下减小了电池系统中的横梁尺寸。横梁是设计用于承受高负载的结构部分,可确保电池和乘员在车辆中的安全。ccs 将纤维增强拉挤复合材料载体与高度工程化的密封剂和粘合剂组合成平面轮廓。这个过程产生了用连续纤维和垫子加固的直线或弯曲的复合型材。

石墨和碳纤维复合材料供应商西格里(sgl carbon)在5月份巴黎jec复合材料展览会上展示其针对电动汽车电池盒的复合材料ag真人官方网的解决方案。据介绍,西格里正改善轻质结构的碳纤维在生产过程中的堆栈自动化,减少材料浪费来节约资源,减少碳纤维的碳排放。

据了解,采用西格里碳纤维复合材料制成的电池外壳,可比响应的钢材外壳减轻50%的重量,它在耐火性、刚性、声学以及热屏蔽、电磁屏蔽方面的性能均能满足汽车相应的要求。借助碳纤维复合材料,传感器可集成用于检测电动汽车底部的损坏情况。(部分内容源于上海东恒化工有限公司,实例部分摘自各平台报道)




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