電池外殼材料!新能源電池殼體特征及性能要求
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2024-05-30
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電池是電動(dòng)汽車最重要的核心部件之一,無論是面對(duì)高溫、涉水乃至撞擊,保護(hù)電池的安全都不可忽視。要保護(hù)電池的安全,電池的外殼是重中之重。 由于電池是電動(dòng)汽車的核心關(guān)鍵部件,電動(dòng)汽車研究工作者期望尋找理想的材料來保護(hù)電池。同時(shí),在以塑代鋼的背景下,電池外殼材料也正向熱塑性增強(qiáng)塑料方向不斷拓展。 電池外殼的特征簡(jiǎn)介 電池殼體是電動(dòng)車的必要組成部分,容納高壓電池、電子元件、傳感器和連接器,幫助保護(hù)車輛的整體結(jié)構(gòu)和安全,使關(guān)鍵部件免受潛在的外力沖擊、受熱和滲水的影響。 純電動(dòng)車的電池殼體都比較大,一般長(zhǎng)有兩米左右,寬一米四左右。這么大的產(chǎn)品要保證防水氣密性在技術(shù)上是非常有挑戰(zhàn)的。一方面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝上國(guó)內(nèi)有的公司采用可以防漏的各種技術(shù),另一方面每一個(gè)電池盒產(chǎn)品下線前都要通過嚴(yán)格的氣密性檢測(cè)。 同時(shí),電池外殼的主要任務(wù)是保護(hù)電池模塊。它們是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)元件之間的接口,因此是電動(dòng)汽車中最重要的組件之一。為了確保有效的保護(hù),它必須足夠穩(wěn)定,以在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)電池模塊不受損壞。內(nèi)置的冷卻系統(tǒng)還可以防止電池模塊過熱。最后,盡管受到環(huán)境影響,電池外殼必須具有極強(qiáng)的抗腐蝕能力,才能保護(hù)電池可以正常使用多年。 值得一提的是:由于電動(dòng)汽車充電過程時(shí)間較短,電流強(qiáng)度大,使用頻率高,所以在保證良好的絕緣性同時(shí)還要求電池外殼材料具有一定的耐高溫、耐老化性能,并且在燃燒時(shí)具有無鹵阻燃和低煙密度。 電動(dòng)汽車電池包殼體的性能要求 機(jī)械性能 電池包殼體的剛度特別重要,在多數(shù)電動(dòng)汽車中,電池包殼體是車輛結(jié)構(gòu)的重要組成部分,其性能對(duì)白車身的整體剛度起著重要作用。這需要電池包殼體滿足正碰和側(cè)碰的安全要求,如圖。電池包殼體的剛性在很大程度上取決于所使用的三明治結(jié)構(gòu),一般采用泡沫鋁材料作為夾心層材料。此外,纖維增強(qiáng)部件的高比剛度、低重量和良好的阻尼特性也對(duì)車輛的噪聲、振動(dòng)、NVH性能具有積極影響。 熱管理和阻燃性 復(fù)合材料電池包殼體的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)比鋁合金低200倍,且其具有更好的絕緣性,因此復(fù)合材料電池包殼體比傳統(tǒng)金屬殼體能更好的抵御高低溫的性能。目前普遍使用的鋰離子電池的理想工作溫度在10至40°C之間,一般需要增加冷/熱管理系統(tǒng)。而復(fù)合材料殼體具有更好的隔熱效果,在熱條件時(shí)所需的能量更少,進(jìn)一步提高了車輛的效率,降低了總功耗。除了對(duì)熱管理的積極影響外,低導(dǎo)熱系數(shù)也是有效阻燃的極佳先決條件。通過添加阻燃劑,復(fù)合材料殼體可輕松滿足UL94-V-0、UL94-5VB等阻燃要求。 ?? 其他性能 此外,三明治電池包殼體還可以更好地滿足防腐蝕性要求,可提供更好的密封性。通過纖維鋪層和纖維體積含量的設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵區(qū)域的電磁屏蔽。同時(shí),復(fù)合材料的應(yīng)用提供了更多集成化設(shè)計(jì)的空間,相關(guān)增強(qiáng)組件、附加元件、連接組件、傳感器等都可實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)。 熱塑與增強(qiáng)塑料材質(zhì)在電池外殼 上的制造過程和價(jià)值體現(xiàn)分析 相較于金屬組件,大面積全塑料外殼既能夠縮短循環(huán)時(shí)間,還有助于減輕車輛重量,從而可以使電動(dòng)汽車(EVs)的續(xù)航里程增加。 朗盛(Lanxess)和考泰斯·德事隆集團(tuán)(Kautex Textron)花了幾年時(shí)間合作研究電動(dòng)汽車的電池外殼是否可以由工程熱塑性塑料設(shè)計(jì)和制造。使用直接長(zhǎng)纖維熱塑性塑料(D-LFT)和聚酰胺6 (PA 6)樹脂,他們?cè)诳尚行匝芯恐虚_發(fā)了一種技術(shù)演示器。這項(xiàng)研究系統(tǒng)尺寸為1,400*1,400毫米(長(zhǎng)*寬),是一個(gè)復(fù)雜的大型全塑料外殼,重量在兩位數(shù)千克范圍內(nèi)。該研究項(xiàng)目的目標(biāo)是要證明熱塑性塑料相較于金屬在重量和減少成本、功能綜合和電絕緣性能上是很占優(yōu)勢(shì)的。 考斯特產(chǎn)品研發(fā)總監(jiān)FelixHaas解釋道:“作為第一步,我們已經(jīng)不再使用金屬加固結(jié)構(gòu),同時(shí)證明了我們可以商業(yè)化生產(chǎn)這些復(fù)雜且大型元件。”朗盛電子動(dòng)力系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理ChristopherHoefs博士補(bǔ)充道:“考斯特和朗盛希望可以利用合作的結(jié)果與汽車制造商一起進(jìn)入批量生產(chǎn)的研發(fā)項(xiàng)目。” 圖片 單階段制造過程:該演示器是基于C段電動(dòng)汽車上的電池外殼研制的。它是由帶防撞結(jié)構(gòu)的殼體托盤、殼體蓋和車底保護(hù)裝置組成。外殼組件采用單級(jí)D-LFT成型工藝生產(chǎn),而朗盛則優(yōu)化了杜蕾森B24CMH2.0聚酰胺6 (PA 6)作為模塑料。考斯特將PA6與玻璃纖維粗紗混合用于該工藝。使用朗盛的Tepex dynalite纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料完成外殼結(jié)構(gòu)的局部加固。Haas解釋:“該過程能夠縮短周期,因此相比于在鋼或鋁的加工周期,這種方法更具有經(jīng)濟(jì)性。” 圖片 如今,高電壓電池的外殼最初是由擠壓鋼或鋁材質(zhì)制成的。取決于車輛類別,外殼的長(zhǎng)度可超過2,000毫米,寬度可超過1,500毫米。尺寸、部件數(shù)量以及眾多的制造和組裝步驟使得金屬外殼成本非常高。例如,由鋼絞線壓制型材制成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要很多輔助操作,如焊接、打孔、固定等。此外,在額外的工藝步驟中,必須通過陰極浸涂保護(hù)金屬部件免受腐蝕。
電池是電動(dòng)汽車最重要的核心部件之一,無論是面對(duì)高溫、涉水乃至撞擊,保護(hù)電池的安全都不可忽視。要保護(hù)電池的安全,電池的外殼是重中之重。
由于電池是電動(dòng)汽車的核心關(guān)鍵部件,電動(dòng)汽車研究工作者期望尋找理想的材料來保護(hù)電池。同時(shí),在以塑代鋼的背景下,電池外殼材料也正向熱塑性增強(qiáng)塑料方向不斷拓展。
電池外殼的特征簡(jiǎn)介
電池殼體是電動(dòng)車的必要組成部分,容納高壓電池、電子元件、傳感器和連接器,幫助保護(hù)車輛的整體結(jié)構(gòu)和安全,使關(guān)鍵部件免受潛在的外力沖擊、受熱和滲水的影響。
純電動(dòng)車的電池殼體都比較大,一般長(zhǎng)有兩米左右,寬一米四左右。這么大的產(chǎn)品要保證防水氣密性在技術(shù)上是非常有挑戰(zhàn)的。一方面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝上國(guó)內(nèi)有的公司采用可以防漏的各種技術(shù),另一方面每一個(gè)電池盒產(chǎn)品下線前都要通過嚴(yán)格的氣密性檢測(cè)。
同時(shí),電池外殼的主要任務(wù)是保護(hù)電池模塊。它們是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)元件之間的接口,因此是電動(dòng)汽車中最重要的組件之一。為了確保有效的保護(hù),它必須足夠穩(wěn)定,以在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)電池模塊不受損壞。內(nèi)置的冷卻系統(tǒng)還可以防止電池模塊過熱。最后,盡管受到環(huán)境影響,電池外殼必須具有極強(qiáng)的抗腐蝕能力,才能保護(hù)電池可以正常使用多年。
值得一提的是:由于電動(dòng)汽車充電過程時(shí)間較短,電流強(qiáng)度大,使用頻率高,所以在保證良好的絕緣性同時(shí)還要求電池外殼材料具有一定的耐高溫、耐老化性能,并且在燃燒時(shí)具有無鹵阻燃和低煙密度。
電動(dòng)汽車電池包殼體的性能要求
機(jī)械性能
電池包殼體的剛度特別重要,在多數(shù)電動(dòng)汽車中,電池包殼體是車輛結(jié)構(gòu)的重要組成部分,其性能對(duì)白車身的整體剛度起著重要作用。這需要電池包殼體滿足正碰和側(cè)碰的安全要求,如圖。電池包殼體的剛性在很大程度上取決于所使用的三明治結(jié)構(gòu),一般采用泡沫鋁材料作為夾心層材料。此外,纖維增強(qiáng)部件的高比剛度、低重量和良好的阻尼特性也對(duì)車輛的噪聲、振動(dòng)、NVH性能具有積極影響。
熱管理和阻燃性
復(fù)合材料電池包殼體的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)比鋁合金低200倍,且其具有更好的絕緣性,因此復(fù)合材料電池包殼體比傳統(tǒng)金屬殼體能更好的抵御高低溫的性能。目前普遍使用的鋰離子電池的理想工作溫度在10至40°C之間,一般需要增加冷/熱管理系統(tǒng)。而復(fù)合材料殼體具有更好的隔熱效果,在熱條件時(shí)所需的能量更少,進(jìn)一步提高了車輛的效率,降低了總功耗。除了對(duì)熱管理的積極影響外,低導(dǎo)熱系數(shù)也是有效阻燃的極佳先決條件。通過添加阻燃劑,復(fù)合材料殼體可輕松滿足UL94-V-0、UL94-5VB等阻燃要求。
其他性能
此外,三明治電池包殼體還可以更好地滿足防腐蝕性要求,可提供更好的密封性。通過纖維鋪層和纖維體積含量的設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵區(qū)域的電磁屏蔽。同時(shí),復(fù)合材料的應(yīng)用提供了更多集成化設(shè)計(jì)的空間,相關(guān)增強(qiáng)組件、附加元件、連接組件、傳感器等都可實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)。
熱塑與增強(qiáng)塑料材質(zhì)在電池外殼
上的制造過程和價(jià)值體現(xiàn)分析
相較于金屬組件,大面積全塑料外殼既能夠縮短循環(huán)時(shí)間,還有助于減輕車輛重量,從而可以使電動(dòng)汽車(EVs)的續(xù)航里程增加。
朗盛(Lanxess)和考泰斯·德事隆集團(tuán)(Kautex Textron)花了幾年時(shí)間合作研究電動(dòng)汽車的電池外殼是否可以由工程熱塑性塑料設(shè)計(jì)和制造。使用直接長(zhǎng)纖維熱塑性塑料(D-LFT)和聚酰胺6 (PA 6)樹脂,他們?cè)诳尚行匝芯恐虚_發(fā)了一種技術(shù)演示器。這項(xiàng)研究系統(tǒng)尺寸為1,400*1,400毫米(長(zhǎng)*寬),是一個(gè)復(fù)雜的大型全塑料外殼,重量在兩位數(shù)千克范圍內(nèi)。該研究項(xiàng)目的目標(biāo)是要證明熱塑性塑料相較于金屬在重量和減少成本、功能綜合和電絕緣性能上是很占優(yōu)勢(shì)的。
考斯特產(chǎn)品研發(fā)總監(jiān)FelixHaas解釋道:“作為第一步,我們已經(jīng)不再使用金屬加固結(jié)構(gòu),同時(shí)證明了我們可以商業(yè)化生產(chǎn)這些復(fù)雜且大型元件。”朗盛電子動(dòng)力系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理ChristopherHoefs博士補(bǔ)充道:“考斯特和朗盛希望可以利用合作的結(jié)果與汽車制造商一起進(jìn)入批量生產(chǎn)的研發(fā)項(xiàng)目。”
圖片
單階段制造過程:該演示器是基于C段電動(dòng)汽車上的電池外殼研制的。它是由帶防撞結(jié)構(gòu)的殼體托盤、殼體蓋和車底保護(hù)裝置組成。外殼組件采用單級(jí)D-LFT成型工藝生產(chǎn),而朗盛則優(yōu)化了杜蕾森B24CMH2.0聚酰胺6 (PA 6)作為模塑料。考斯特將PA6與玻璃纖維粗紗混合用于該工藝。使用朗盛的Tepex dynalite纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料完成外殼結(jié)構(gòu)的局部加固。Haas解釋:“該過程能夠縮短周期,因此相比于在鋼或鋁的加工周期,這種方法更具有經(jīng)濟(jì)性。”
圖片
如今,高電壓電池的外殼最初是由擠壓鋼或鋁材質(zhì)制成的。取決于車輛類別,外殼的長(zhǎng)度可超過2,000毫米,寬度可超過1,500毫米。尺寸、部件數(shù)量以及眾多的制造和組裝步驟使得金屬外殼成本非常高。例如,由鋼絞線壓制型材制成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要很多輔助操作,如焊接、打孔、固定等。此外,在額外的工藝步驟中,必須通過陰極浸涂保護(hù)金屬部件免受腐蝕。

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