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2019车身新材料新工艺

Model 3、BMW i3和Chevy Bolt电池包的设计、用材的benchmark分析

2019-4-19 10:39 452 0
简介
Model 3/BMW i3和Chevy Bolt电池包的设计、用材的benchmark分析【汽车轻量化在线】为了让汽车原始设备制造商和一级供应商开发汽车和卡车的铝应用,他们需要了解板材,挤压件还是铸件等的现有设计的能力。分析现有生 ...

Model 3/BMW i3和Chevy Bolt电池包的设计、用材的benchmark分析

【汽车轻量化在线】为了让汽车原始设备制造商和一级供应商开发汽车和卡车的铝应用,他们需要了解板材,挤压件还是铸件等的现有设计的能力。分析现有生产车辆中铝的使用情况,看看它们占比情况是提升这方面知识的一种方式。 这种分析可能会考虑一些问题,例如在组件中使用了多少部件来实现特定功能,使用了哪些材料和连接技术,组件的成本是多少等等。

但是,收集这些数据可能很困难。人们可能会通过经销商或服务商收集信息,这些信息虽然便宜但无法提供准确的数据。更好的方法是购买和拆解市场上的车辆,逐个组件地解析它们,这种方式提供了更详细的信息,但对于大多数汽车供应商而言往往成本过于昂贵。

位于密歇根州奥本山的Munro&Associates对标分析创新中心通过为汽车和其他行业(如医疗设备,消费电子产品和工业机械)提供竞争性基准测试和逆向工程服务来应对这一挑战。该公司能够通过购买,拆解,逆向工程和将新车定位到组件级别来提供现有车辆的详细研究。除了基准测试和逆向工程功能外,Munro还提供更多传统的设计和开发服务,协助客户进行产品设计和改造,制造流程开发和供应链优化。

精益设计

贯穿Munro的对标分析,工程和设计工作是精心设计的Lean Design®方法和工具,可追溯到1982年创始人Sandy Munro和E. Deming博士之间的会议。当时,Munro正在为福特汽车公司,他牵头了装配设计(DFA)计划。Deming向Munro介绍了关于减少变异以提高质量的重要性的新概念,这与他产生了深刻的共鸣。 在与Deming合作时,Munro开始考虑如何消除产品开发过程中的变化和浪费。

在1988年成立Munro&Associates之后,Munro和他的团队改进了他们的流程,创造了他们的精益设计方法。随后,该公司继续开发精益设计的软件版本,最终发展成为一个更加多样化和全面的工具套件,名为Design Profit®。这包括Quality Report Card®可用于跟踪和预测隐藏的质量成本、DPMRL®软件用于审核和跟踪组件的制造准备级别、一个程序管理工具以及其它用于进行材料比较和选择,确定成本等的应用程序。

Munro&Associates的对标分析程序也使其与众不同。为了理解这些程序的规模,想象一个充满前排座椅的房间 - 所有这些都处于拆卸的不同阶段,并提供相关性能,材料,制造工艺和每个成本的详细信息。 另一个这样的程序可能会对多个汽车车身进行比较,这些车身已经进行了类似的分析。 这是Munro为其客户提供服务的最终结果。 为了确保其对标分析程序的质量,Munro仅聘请经验丰富的产品设计和制造工程师,材料专家,成本计算工程师和经过认证的人体工程学家,他们在基准测试活动中拥有丰富的行业经验。

对标分析电动车电池托盘

Munro的逆向工程的一个例子在2018年10月的轻量化世界博览会上展示的。该对标测试项目比较了特斯拉Model 3,BMW i3(2014)和Chevy Bolt的动力总成和电池系统。 Munro&Associates提供了几份报告,重新介绍了这项工作,其中包括2,400页的关于特斯拉Model 3的报告,其中部分内容涉及车辆的详细方面,如车身和底盘(500页)或动力总成和电池组(448页)。

在对比三种车辆的完整动力系统和电池包装系统时(图1),三个系统的估计成本相互之间相差10%以内,重量在19%以内 - 特斯拉的电池托盘系统最重,成本最高。当然,设计之间的一些差异可归因于性能,因为特斯拉提供75千瓦的电池容量和310英里的续航里程,而更轻、成本更低的i3系统仅具有22千瓦的电池容量和150英里的续航里程。Bolt在成本,重量和性能方面居在中间位置,存储容量为60千瓦,续航里程为238英里。值得注意的是三者整车重量也存在显着差异, i3采用碳纤维车身系统,重量仅为3,000磅,而特斯拉钢/铝则重25%(750磅)。

Figure 1. Side-by-side comparison of the powertrain and battery pack systems for the Tesla Model 3, BMW i3, and Chevy Bolt.

向下更新细致的关注电池组,可以看到类似的成本/重量图(图2)详细介绍了构成电池组的各个组件,包括i3电池盒底部的配置和成本(图3)以及特斯拉电池托盘的类似(尽管不完全相似)评估(图4))。

Figure 2. Side-by-side comparison of the battery pack for the Tesla Model 3, BMW i3, and Chevy Bolt.

Figure 3. Assessment of the battery case bottom for the BMW i3.

Figure 4. Assessment of the Tesla Model 3 battery tray.

Munro对标分析测试报告指出了每种车辆的架构和连接技术的显着差异。例如,i3中的电池外壳集成在整体车身结构中以提供抗冲击性,而特斯拉中的托盘则不是。 Munro设计的另一个变化是特斯拉在电池盒的组装中使用铝/钢搅拌摩擦焊以及粘合剂和机械紧固件

在考虑材料使用概况时,这种不同的方法很明显(图5)。 铝显然起着重要的作用,所有三种车辆的铝使用量均高于平均水平。然而钢铁仍然是Bolt和特斯拉的一个主要用材

Figure 5. Material usage overview for the Tesla Model 3, the BMW i3,and the Chevy Bolt.

基于对特斯拉,宝马和雪佛兰系统的比较,Munro能够对电动车中铝的应用趋势做出一些有趣的预测:

· 随着车辆单位数量从每年30,000个增加到每年100,000个以上,该公司预计电池外壳结构将从今天看到的挤出/铸造模型转变为更加紧凑的设计,因为板材具有成本效益。

· 铝的能量吸收能力将使其作为电池单元下的保护板具有潜力,如特斯拉的Model 3中所示。(奥迪的新型e-tron车辆采用了类似的方法。)

· 高强度铝(例如400-600 MPa)的进一步发展将使更多铝在封闭件和其他应用中的使用成为电动汽车的更有效的增程器,而不仅仅是添加额外的电池。

结论

正如电动汽车电池托盘对标分析所示,可以从汽车的拆解和分析中得出重要的见解。这些数据对于汽车OEM和Tier供应商评估其竞争地位和激发创新和成功设计至关重要

作者:Lynn Brown

汽车轻量化在线翻译整理

特别声明:本文为汽车轻量化在线原创技术文章,版权归汽车轻量化在线所有,未经作者允许禁止转载和改写。如需转载请联系编辑,微信号:qcqlhzx

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