Docol EV设计概念——电池包防护

   日期:2020-02-12     来源:SSAB    评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:SSAB在全新的DocolEV电池外壳设计概念平台中展示三维辊压成型工艺。设计专家RobertStröm将向大家详细解读这一新概念。
 SSAB在全新的DocolEV电池外壳设计概念平台中展示三维辊压成型工艺。设计专家RobertStröm将向大家详细解读这一新概念。
图中乘客舱底部的蓝色边梁是电池外壳的底部“网格”结构——是由三维辊压成型的Docol1700兆帕马氏体钢制成的十字边梁图案。X轴与Y轴上的型面轮廓相同,但将其倒置可使网格的高度减半。
经过模拟侧面柱碰测试后的DocolEV电池外壳概念,侧面柱侵入门槛结构,门槛结构中1700兆帕的边梁必须证明其能量吸收性能。
SSAB汽车设计专家RobertStröm
 
DocolEV设计概念是RobertStröm的创意
 
关于DocolEV
 
DocolEV设计概念是一个虚拟平台,可为电动汽车(EV)打造全新的先进高强度钢(AHSS)解决方案。它的首要任务是:白车身创新设计,以保护EV电池包免受碰撞侵入,尤其是预防侧面柱碰。
 
DocolEV设计概念是SSAB汽车设计专家RobertStröm的创意。Ström在汽车工程和碰撞模拟领域拥有16年的经验,在加入SSAB之前曾就职于宝马。针对这一全新的概念,我们向他提出了以下问题。
 
笔者:在您看来,什么是DocolEV设计概念?
 
RobertStröm:“随着纯电动汽车(BEV)的续航里程要求越来越高,电池包也越来越大,汽车设计工程师面临的主要挑战仍然是:如何在碰撞中保护电池。也就是说,即使是极为苛刻的侧面柱碰撞测试,也不会造成侵害。EV设计概念是一个‘虚拟平台’,可为纯电动汽车的先进高强度钢解决方案提出创新思路和提供基础研究。”
 
笔者:请举个DocolEV设计概念的例子
 
RobertStröm:“我们设计了独特的先进高强度钢电池外壳,电池外壳底部结构由Docol1700马氏体钢制成,并经过三维辊压成型为边梁,然后焊接成网格图案,并且开始了样品的制作。”
 
笔者:什么是三维辊压成型?
 
RobertStröm:“三维辊压成型机的滚轮在进行钢成型时可以沿所有方向移动。我们已使用三维辊压成型工艺来制造一种边梁,这种边梁一部分为恒定截面形状的,而另一部分为可变截面形状的。然后,边梁可垂直放置到相似的型面轮廓上(即上下颠倒放置),而Z轴的高度不会加倍。这对于纯电动汽车的主机厂商来说很关键:如果电池外壳很高,要么减小乘客舱的空间,要么增加车高,而加高车身会使流线型变差。”
 
笔者:这种电池负载设计还有其他优势吗?
 
RobertStröm:“三维边梁的网格在外壳的底板和电池托盘之间保持特定的距离,以确保其免受汽车底部的撞击。而且由于‘凹槽’沿着每一根边梁的长度方向延伸,因此X轴和Y轴上的载荷路径是连续的,因此是最坚固的。”
 
笔者:这种电池外壳概念还有哪些其他设计可以实现抗冲击?
 
RobertStröm:“由1700兆帕钢制成的框架围绕在电池托盘周围,提供冲击保护以及稳定的结构。电池外壳的托盘由钢制成,将其制成完全垂直的(90°)侧壁,从而优化了电池包空间。此外,托盘还可以防止电池在碰撞过程中和碰撞后泄漏到环境中。”
 
笔者:整个电池外壳的重量约为多少?
 
RobertStröm:“规格为1742x1320x120mm的电池包外壳的最小重量为75kg。”
 
笔者:还有哪些其他电动汽车概念?
 
RobertStröm:“与配备内燃机的汽车不同,电动汽车必须通过门槛吸收更多的能量。为什么呢?原因有三点:1)电动汽车电池的重量使整车变重,2)电动汽车坚硬的车身底部,3)不允许任何外物侵入电动汽车电池包。
 
笔者:挤压铝型材不是吸收更高能量的有效方法吗?
 
RobertStröm:“挤压铝型材是吸收能量的有效方式,但与先进高强度钢相比,铝型材的价格要高得多。我们试图匹配ENAW-6082T6制成的铝型材门槛梁加强件(外壁厚度为4.5mm,肋骨厚度为3mm)的性能。因此,SSAB对由DocolCR1700兆帕钢制成的二维辊压门槛梁加强件的不同型面轮廓设计进行了多次模拟。但重要的是:我们对每种1700兆帕型面轮廓设计的壁厚进行了调整,以使其重量与6082T6铝制门槛梁加强件相同。”
 
笔者:您发现了什么?
 
RobertStröm:“我们发现了性能最佳的门槛梁加强件型面轮廓:其碰撞性能与铝制门槛梁加强件相似。再强调一下,先进高强度钢和铝这两种材料的零件重量相同。”
 
笔者:Docol1700兆帕的门槛梁是否进行了任何样件测试?
 
RobertStröm:“是的,进行了最初的样件测试。它们表现出色。但是,我们需要对用于创建型面轮廓的焊接进行更多的测试,从而确定焊接接头是否具有足够的延展性来应对变形而不产生裂纹。”
 
笔者:还有哪些其他电动汽车概念正在研发中?
 
RobertStröm:“侧面碰撞时,保护电动汽车电池包不被侵入的最有效方法是,确保乘客舱地板上方的横梁不变形。横梁必须坚固且完全不吸收能量,相反,它们应将侧面碰撞力从汽车的一侧传递到其另一侧。”
 
笔者:那么,横梁是否也尝试采用了不同的先进高强度钢型面轮廓?
 
RobertStröm:“是的,再次采用了Docol1700兆帕的先进高强度钢。不同型面轮廓设计之间存在着巨大的性能差异。例如,在确保所有不同型面轮廓边梁重量相同的同时,大半径边梁的性能最佳。”
 
笔者:可是先进高强度钢的屈服点不是很高吗?那么,对于具有大圆角和薄壁的这些边梁,是否要考虑局部失稳?
 
RobertStröm:“是的,但是预防局部失稳的一种方法是通过增加凹槽使型面轮廓的宽段‘变窄’。凹槽同时也增加了传力的圆角。模拟结果表明,横梁经过优化后,可以在方形的型面轮廓基础上使碰撞载荷传递性能提高一倍以上。对于这种横梁应用而言,至关重要的是峰值负载,而不是能量吸收。如果纯电动汽车(BEV)发生碰撞,横梁受力则不得超出峰值负载。”
 
笔者:EV设计概念的下一步是什么?
 
RobertStröm:“我们希望从主机厂切身利益出发,推动它们在纯电动汽车的关键部件采用先进高强度钢,在实现轻量化时,可与价格昂贵的铝合金或其他高二氧化碳排放材料相媲美。此外,我们还希望主机厂商能够提高先进高强度钢的材料利用率,从而为他们节省更多的成本。我们将为汽车设计师提供先进高强度钢的模拟,例如侧面柱碰模拟,以展示如何提高关键安全组件的性能,正如上文所述使地板横梁的性能加倍。”
 
“最后,我们想展示先进高强度钢的创新设计和生产方法,例如用于提高电动汽车电池外壳空间效率的三维辊压成型。利用三维辊压成型工艺生产的先进高强度钢边梁组成网框,可用于对空间布置要求非常严苛的环境,这样的创新技术将真正为设计人员,提供致力于实现最大轴向载荷(包括横向和纵向)的思路。
 
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SSAB是一家立足于北欧和美国的钢铁公司。SSAB通过与客户进行密切合作及开发来提供增值的产品和服务,协力共创一个更强、更轻和更可持续发展的世界。SSAB在全球50多个国家拥有员工。SSAB在瑞典、芬兰和美国拥有生产基地。SSAB已经在斯德哥尔摩的NASDAQOMXNordicExchange交易所上市,并在赫尔辛基的NASDAQOMX进行二次上市。网址:www.ssab.com
 
标签: 电池 防护
 
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