轻量化结构的最高原则
虽然已有几家汽车制造商接受了这一挑战，并借助轻量化的复合材料结构，成功地减轻了汽车质量，但纤维复合材料的高成本和生产工艺的低效率依然是困扰汽车实现轻量化结构的根本问题。而基于连续纤维增强热塑性塑料（CFRTP）的新型材料和新的混合生产工艺，则成为低成本实现电动汽车轻量化结构的新方法。
弗劳恩霍夫LBF负责该研究项目的Felix Weidmann博士解释道：“凭借多样化的复合材料结构设计、材料和生产技术，采用纤维增强热塑性塑料的设计，在轻量化结构方面天然具有极大的应用潜力。但是，解决方案必须要具有成本效益，并能解决防火等关键问题。”
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（如图1所示）。
图1 弗劳恩霍夫LBF 采用内部开发的混合生产工艺制造轻量化的电池壳（图片来自弗劳恩霍夫LBF）
2min.内完成
通过使用所谓的“原位CFRTP夹层工艺”，在2min.内即生产出了轻量化的电池壳成品部件，且无需后处理过程。此外，在同一工艺步骤中，还集成了热绝缘或阻燃性等功能。该电池壳结构由两个CFRTP覆盖层以及夹在其中起连接作用的整体泡沫结构组成。覆盖层由单向带构成：首先通过编织创造出一种交叉铺放的叠层，然后再固结，从而获得一种引人注目的棋盘外观。在此工艺步骤中获得的叠层经三维预成型后，两侧嵌入到特别开发的混合泡沫注射模具中。通过这种方式，在叠层之间有控制地注射整体泡沫，即可创造出由纤维复合材料覆盖层与泡沫芯材构成的三维结构的外壳（如图2所示）。CFRTP 覆盖层与泡沫芯材之间的粘接，是在注射期间原位实现的，这为确保该夹层结构的承载能力起到了至关重要的作用。
图2 采用夹层结构的轻量化电池壳，组合了纤维增强热塑性复合材料与整体泡沫芯材，具有适当的抗应变能力（图片来自弗劳恩霍夫LBF）
夹层结构的应力等效电池壳设计
这种应力等效的夹层设计实现了最高的重量比力学性能，同时减少了纤维复合材料叠层的材料消耗，仅在应力集中区域使用这种材料。这样，随着材料成本的降低，再加上原位CFRTP夹层工艺极短的循环时间，使得部件成本也随之降低。所要求的力学性能，不仅在设计阶段通过有限元模拟得到了验证，而且在试验台上的真实条件下，依据ISO 12405-2和ISO 12405-3标准得到了验证。
作为H2020资助计划的一部分，该项目获得了欧洲委员会的资助。
