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如何通过多材料解决方案降低电池pack重量,提高能量密度?

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-04-19  来源:汽车材料网   [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
2018(第三届)汽车Benchmark分析及性能开发技术研讨会暨首届汽车研发大数据应用高峰论坛
核心提示:如何通过多材料解决方案降低电池pack重量,提高能量密度?
2017年9月28日,我国工信部正式发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,并于2018年4月1日正式实施。双积分政策的出台让新能源汽车市场进入爆发期。2017年我国新能源汽车产销量分别高达79.4万辆和77.7万辆,连续三年成为新能源汽车产销第一大国。在汽车轻量化的大背景下,新能源汽车的发展也面临着轻量化的难题。特别是新能源汽车的“三电”系统占去了整车整备质量的1/4左右,电池包成为新能源汽车轻量化发展的重点问题。

壳体设计要求严格
  
电池包是新能源汽车的核心能量源,为整车提供驱动电能,主要通过壳体包络构成电池包主体。电池包壳体作为电池模块的承载体,对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。电池包壳体的设计既要满足强度刚度要求又要达到电器设备外壳防护等级IP67设计要求并且提供碰撞保护。在模块化设计时,箱内电池模块在底板生根,要求线束走向合理、美观且固定可靠。
  电池包壳体相关行业标准
  

电池包下壳体的选材

钢制下壳体:一般采用传统钢板焊接而成。但传统钢制壳体不仅在重量方面表现弱势,其主要还存在防腐的难题,特别是高温条件下的腐蚀性问题。

铝合金下壳体:多采用铸造铝合金焊接。铝合金壳体在重量方面较钢制材料优势明显,且具有优异的高温耐腐蚀性、良好的导热性以及较好的加工成型性。
  
  铝合金电池包应用案例
 
碳纤维复合材料下壳体:碳纤维一直以来都是车用轻质材料的宠儿,但限于成本压力,应用有限,但行业对碳纤维材料的应用热情未减。如,上汽集团就依据其E50纯电动车平台开展了碳纤维电池壳体的研发。
  

电池包上壳体的选材
  
SMC上壳体:SMC材料具有优异的轻量化效果,且价格低、耐腐蚀性好、绝缘性好,是目前较受欢迎的电池包壳体的轻量化替代材料。北汽C30、C33;广汽A3X、A51等车型均有使用。
  不同材料电池包上壳体的性能对比
  
 


电池包壳体用材主流方案:挤压铝合金下壳体+PP/玻纤复合材料上壳体
  
新能源汽车轻量化发展的迫切需求催生了电池包壳体的多材料应用方案,行业各主机厂及电池包生产企业均在研究开发电池包壳体的新型轻量化解决方案。北京中材汽车复合材料有限公司尝试采用碳纤和玻纤混杂的复合材料,通过RTM工艺成形,有效实现减重35%;凌云工业先后研究了LFT-D/GMT等复和材料壳体以及铝合金下壳体的应用,在达到减重的同时,实现成本的降低。此外,近年来泡沫铝在电池包中的研发与应用也逐步开展,国外还出现了由铝合金顶层、泡沫铝芯和环形纤维增强热缩层构成的电池包壳体。
  

就目前发展来看,铝合金下壳体和塑料上壳体的方案较具轻量化的前景。下壳体采用铝挤压型材+搅拌摩擦焊++ MIG焊的方案,综合应用成本低,性能满足要求,且可实现水冷电池的循环水道的集成。上壳体采非金属上壳体,主要用到PP/玻纤+LFT-D模压工艺,提高生产的效率且可满足火焰燃烧和密封性能要求,且模具成本较低。

综上,电池包多材料的应用是新能源汽车轻量化发展的要求,也是顺应汽车多材料混合应用的趋势。但是,随着国家电池能量密度补贴政策的逐步加严,电池包如何进一步实现轻量化?如何降低玻纤、碳纤复合材料的应用成本;解决多材料的应用连接;铝合金电池包壳体的焊接变形等,还有待探讨。

由中国汽车材料网主办的“2018(第三届)新能源汽车轻量化技术研讨会”于2018年6月21-22日在重庆举行。
将就新能源电池包(铝合金、钢板、碳纤维复合材料、SMC等)轻量化方案进行深入探讨,分享电池包最新技术进展,交流应用经验,促进产业合作。

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关键词: 电池pack 减重
 
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