毫不奇怪，完整的电动汽车电池组相当重，通常占车辆总重的40%左右；当考虑电池组的构成（电池和模块、热管理、电池管理系统BMS、隔板、等），很容易发现为什么它们也非常昂贵，总计高达车辆价值的50%。
这就是为什么电池在使用时以及在电动汽车中使用后需要小心处理的原因；当电动汽车中的动力电池达到其使用寿命时，无论是通过回收还是二次利用，它仍然可以为世界提供很多东西，因此动力电池需要易于被拆卸回收。
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可拆卸
但2010年之后上市的第一批电动汽车所使用的电池外壳被设计为紧密密封的。这使得对不可穿透、防撞、防火、防水和防篡改的需求达到了极致，导致电池和回收过程几乎无法修复，通常需要穿着防护服的人们撬开保护这些外壳。
当前电池外壳设计策略的关键是可拆卸、火灾和热失控保护、碰撞性能和可回收性。但电动汽车电池市场正在快速发展，电池化学成分、电池封装形式（软包、圆柱形、方形）和电池技术频繁变化，固态电池技术的到来越来越近。所有这些都对电动汽车电池外壳产生影响。
那么，电池企业和汽车制造商在设计电动汽车电池外壳时，需要考虑哪些材料呢？Ducker Carlisle 咨询公司汽车和材料部负责人Abey Abraham指出，安全始终是首要考虑因素，但成本、尺寸和重量之间需要权衡，而封装空间和电池封装形式也会影响电池包外壳材料，因此电池包外壳选择材料的考虑因素变得复杂。
Abey继续说道，正如我们将看到的，电池外壳在车辆结构中的作用正在不断发展，增加了结构要求，这反过来又提出了有关材料可用性、连接技术和适用性要求的问题。
SAE指出，目前约80%的电动汽车采用铝制电池外壳，其余部分以钢制为主，但新的热塑性解决方案为金属解决方案提供了一种轻质且创新的替代方案。
Karisma Leftinger - Compared to steel, an aluminium enclosure is in the realm of 30 to 40 percent lighter - It ultimately depends on the structure itself
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电池包外壳选材
在电池外壳领域，钢与铝之间由来已久的争论仍在继续，每个供应商都声称比另一个更适合。
钢铁制造商宣传其在高强度、可成形性和可修复性以及成本效益方面的优势，并且在生产过程中碳强度（carbon intensity）低于其他材料。
铝供应商强调轻量化、可回收性，对于铝板来说，其封装能量密度（pack energy）比钢更高。
然而，人们认识到多材料解决方案的潜力，安赛乐米塔尔热衷于与其他材料供应商合作。“我是一家钢铁制造商，但如果我试图只销售钢铁，没有人会相信我的解决方案，”安赛乐米塔尔欧洲公司汽车钢铁解决方案总监Jesse Paegle 说道。
毫不奇怪，Paegle看到了塑料甚至玻璃纤维的机会。“我们需要一个解决方案，因为我们的客户正在探索不同的选择。我们相信，与铝相比，我们可以具有成本竞争力。”
Detroit诺贝丽斯解决方案中心负责人Karisma Leftinger 反驳了这一观点，他表示：“与钢制外壳相比，铝制外壳的重量要轻30%到40%。最终取决于结构本身。
有些结构可能比其他结构更有效，这取决于客户对强度和刚度的要求。” 考虑到这一点，为什么有人不选择铝呢？Leftinger指出，钢材成本较低的声誉盛行，诺贝丽斯正在努力通过研究来挑战这一观念，这些研究显示了减轻重量对整车水平的影响，其次是减轻重量，而不是进行每个部件的比较。
Novelis transparent rail display its alumimium battery enclosure
“我们了解到，客户通常使用钢材，因为他们不知道我们的产品组合中有一种高度可成型的铝解决方案可以满足他们的要求，”Leftinger解释道，“或者通过对设计进行少量修改，他们可以使用铝并从材料的重量节省中获益。在顶盖方面，铝与混合材料解决方案和热塑性塑料竞争，这些解决方案围绕电子设备模制以适应乘客空间。”
当然，除了“原始”外壳的重量之外，还有其他考虑因素，例如热失控保护和可回收性。仅举两个例子。
"我们提供塑料解决方案,以降低重量和成本,提高安全性,在可回收性方面减少环境影响,并比钢铁或铝更低的CO2足迹,"SABIC全球汽车领先的电动汽车电池和电动车公司DhanendraNangwish说。"用铝生产零件是一个非常耗能的过程,"Nagwanshi说。"我们最初的生命周期分析研究表明,我们可以减少11%的二氧化碳排放量,减少13%的能量,用热塑性塑料代替铝制造这一部件。"
SABIC全球汽车电动汽车电池和电气部门负责人Dhanendra Nagwanshi表示：“我们提供的塑料解决方案可以减轻重量、降低成本、提高安全性，并在可回收性方面减少对环境的影响，并且比钢或铝的二氧化碳排放量更低。”用于电动汽车电池外壳的屡获殊荣的热塑性塑料解决方案。“生产铝制零件是一个能源密集型过程，”Nagwanshi说。“我们最初的生命周期分析研究表明，使用热塑性塑料而不是铝来制造这一大型部件，我们可以减少11%的二氧化碳排放量和13%的能源。”
SABIC’s award-winning thermoplastics solution for EV battery enclosures
SABIC为本田CR-V插电式混合动力车提供热塑性电池外壳，并因此获得了爱迪生奖。与带有隔热层的钢制解决方案相比，6公斤注塑聚丙烯玻璃纤维树脂解决方案是一个尺寸为1.6米x 1 m、2mm厚的大型部件，为本田减轻了10%的重量，并节省了10%的成本。
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电池包外壳
显然，电池外壳不仅仅是一个简单的盒子，它是一个大型的结构安全部件，其作用和性能要求为创造力和创新工程创造了机会。
对于材料供应商来说，成功取决于创造力，而对于安赛乐米塔尔来说，这体现在其多部件集成(MPI)计划中，该计划将一个LWB（激光焊接板）冲压的多个部件依次组合成一个热冲压部件。减少所需的连接操作。
The SABIC Honda CR-V PHEV Battery pack cover
Paegle将MPI描述为一系列类似乐高的组件解决方案。“电池将集成到白车身(BIW)中，汽车制造商和一级底盘供应商开始将其底盘或BIW部门与电池部门集中在同一工程中心，以设计未来车辆。这对钢铁行业来说是一个威胁，也是一个机遇。MPI使我们能够抓住这个机会。”
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热失控保护
电动汽车电池的一个主要关注领域是热管理和热失控保护，而这正是热塑性塑料的亮点。
安全组织UL Solutions 开发了一种新的严格热失控测试，称为UL 2596（“电池外壳材料的热性能和机械性能测试方法”），该测试对要验证的材料进行涉及25个圆柱形电池的热失控（18650）在一个钢制电池包里。
SABIC热塑性材料的特性是，在此次测试中，当材料样品经受1000摄氏度的火焰超过5分钟时，电池组侧面温度低于200摄氏度，而不需要铝和钢外壳所要求的隔热层（thermal blanket）。“在这项测试中，铝在1100摄氏度的高温下会在几秒钟内失效，但我们的塑料却不会，”Nagwanshi说道。
这是因为SABIC开发的热塑性材料在遇火时开始烧焦，并且随着时间的推移会膨胀。“这意味着它不会传递热量，这是我们热塑性材料的独特特性，”Nagwanshi解释道。“一段时间后，它就像乌龟壳一样，成为防火和传热的保护层。标准塑料无法通过这项测试，但我们的毫米厚的塑料（plastic in millimetre-thickness）却每次都通过了测试。”
此外，热塑性外壳的成型可以激发创造力并增加材料的多功能性。
例如，冷却通道可以直接模制到塑料外壳中。“使用我们的热塑性产品，”Nagwanshi说，“客户可以将热失控保护嵌入到电池托盘中，塑料托盘中集成了冷却通道，顶部有一块铝板，可将热量从电池模块传递到冷却剂。这比当前的全金属解决方案更轻。”
相比之下，Paegle指出集成是可以做到的，在钢制外壳中嵌入冷却通道需要多材料解决方案；Leftinger表示，铝也可以实现冷却系统的集成。“铝的导热性非常好，因此我们最近一直在与几个伙伴合作开发涂层，以解决涉及热事件的情况，”她解释道。“只要安装附件、螺栓和固定件来帮助整合冷却解决方案，您可以做很多事情，”她继续说道，“我们一直在研究结构冷却板，它可以将冷却集成到系统中。”
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电动汽车换电
电动汽车电池技术的一项特殊发展是在电池更换中，外壳将发挥关键作用，其中电池的安全有效的拆卸和存储将在很大程度上取决于电池外壳的性能。在2013Better Place退出之前，电池更换似乎在任何电动汽车生态系统中都占有一席之地。但这一数字正在上升，尤其要归功于中国汽车制造商蔚来汽车和吉利汽车。
“电池更换需要额外的电池外壳尺寸精度，以便电池外壳上的安装点可以在更换过程中正确定位，”Abraham解释道。“轻量化是另一个考虑因素，因为电池组需要从一个车站运输到另一个车站。到目前为止，铝挤压是具有交换功能的电池外壳的主要解决方案。”
SABIC 570 4mm Test 1
德国研究机构弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所(IWU)车身构造、装配和拆卸部门负责人Uwe Frieß认为，如果即插即用电池更换得以实现，影响将是巨大的。“根据共享物品处理方式的实际经验，我们认为需要额外的冲击保护外壳和必要的状态监测系统来检测不当处理。这两个系统都需要额外的组件和成本。”
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电池外壳在白车身中的角色
影响外壳的电池技术的另一个关键发展是电动汽车电池在白车身中的作用的演变。电池外壳最初是白车身支持的部件，现在正在成为白车身的结构部件，汽车制造商甚至正在探索电池到车身和结构电池，外壳的设计可能是一个关键因素。
对于集成到白车身中的电池组，Paegle表示，钢铁行业目前在电池顶盖、下护罩和框架的成本和性能方面具有竞争力。
Leftinger表示，与其他一些选择相比，铝是一种非常有效的电池到电池组解决方案，铝具有导热性和重量减轻的特点。
Nagwanshi强调了热塑性塑料提供的设计自由度，在电池到底盘的设计中，“可以在功能集成和减少组件数量的复杂几何形状的生产方面提供良好的价值。”
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可持续
然而，将电池包开发为结构部件会对其他方面产生重大影响，特别是对于可持续生产、组件生命周期和循环性。“从我们目前所看到的情况来看，这将使拆除工作变得更加糟糕，”Frieß说。
Ducker Carlisle 全球汽车知识经理Leonard Ling指出，大多数汽车制造商都重视可修复性，因此电池外壳通常可以接触、拆卸和更换。但他也承认目前缺乏可修复性。“大多数经销商不会修理电池，而是将其送回OEMs或其他指定的第三方进行处理。”
就电动汽车电池而言，在追求可持续交通的过程中，可修复性至少与可回收性一样重要，而且比可回收性要高效得多。
电动汽车电池技术的快速发展对消费者来说是个好消息。它还为汽车制造商和供应商带来了令人兴奋的机遇和挑战。“我们需要迅速采取行动，”Paegle说，“因为我们面临着汽车行业的彻底变革”。
