汽车轻量化论坛 首页 资讯中心观点评论
2019车身新材料新工艺

铝在电池托盘轻量化中的角色

2019-5-10 11:14 135 0 来自: 和胜股份
简介
【汽车轻量化在线】新能源汽车动力电池,因自身重量缺陷和能量密度需求矛盾,在整车零件子系统中,轻量化需求显得尤为迫切。在动力电池中,托盘占去了电池系统重量的20~30%,实为主要结构件。因此在保证电池功能安全 ...

【汽车轻量化在线】新能源汽车动力电池,因自身重量缺陷和能量密度需求矛盾,在整车零件子系统中,轻量化需求显得尤为迫切。


在动力电池中,托盘占去了电池系统重量的20~30%,实为主要结构件。因此在保证电池功能安全前提下,托盘的轻量化就成为电池结构件主要改进目标之一。

从材料综合指标评估来看,铝合金材质,首先能满足车辆零部件包括电池系统结构需求,能替代部分钢结构的材料。


铝在新能源的推广应用中,成本因素,仍然是一只拦路虎。但是,这不妨碍技术的进步和发展。


电池托盘结构设计更需“因材施教”

长期以来,国内新能源车辆并非正向设计。车身结构或平台,都是从燃油车过渡而来。车身结构,并没有做太多适应性改动和设计,这个时候的设计,电池托盘与车身固定位置和形式,也只能顺势而为。


但是,随着新能源市场放大和普及,电池系统的功能安全越来越被重视,这种结构设计,无法满足新的功能需求。


对于前期生产的新能源产品,在客户使用过程中,产品吊耳开裂、IP失效、内部模组结构失效带来电性能失效等等故障,托盘吊耳位置结构设计的不合理,都是直接或间接的主要原因之一。


电池本体的密度非常高,做为承载电池模组的电池托盘或壳体,一直是处在重载荷状态之中。铝的疲劳性能只有钢的一半,弹性模量仅有钢的三分之一。

如果托盘吊耳承载超限,或不同吊耳受力差值大、不均匀,面对车辆复杂的路况,动态性能更加恶劣。铝材质在高振动、高应力集中状态下,更容易出现疲劳状态,导致开裂、变形。


托盘的铝制吊耳固定点应数量多,而且布置均匀。


不仅如此,做到电池模组和承载的托盘浑然一体,也不是一件容易的事。经得起振动实验的考验,也是检验设计结果的 好办法。在实验进行中,经常会碰到内框架与托盘焊接的开裂、内框架支撑梁体开裂。


开裂原因初步分析

从材料特性分析,故障点应力超过了材料本身所能承载应力或应力集中。


从工艺角度,材料焊接时,导致的烧损,改变或削弱了材料的参数特性。


从结构角度,开裂的支撑梁是否和内框架结构是一个整体。整体结构,更有利于应力分散和应力均匀、振动频率一致。


Audi的电池托盘设计,就是很好的案例。黄色箭头是受力的状态,内部通过均匀的框架,让应力得到合理的释放,同时与外部框架吊耳孔对应,让内外结构浑然一体。同时,也能抵御来自外部碰撞的破坏。


托盘设计灵魂:铝外框架梁强度设计


前面提到托盘结构设计的内外浑然一体,外框架设计也是非常重要的。


从材料特性参数角度,铝的屈服强度和抗拉强度均低于钢。


铝及其合金的屈服强度和拉伸强度分别为30-500 N/sq mm和79-570 N/sq mm。钢的屈服强度和抗拉强度,分别在250-1000 N/sq mm和400-1250 N/sq mm范围内。


关系到托盘吊耳位置或结构设计,就必须考虑这个因素。


同时,铝的弹性模量比钢差,这个特性也是非常重要的,关系到结构的材质的疲劳或寿命。


车用铝合金应用主要包括5×××系(Al-Mg系)6×××系(Al-Mg-Si系)等等。据了解,铝托盘主要采用6系铝型材(材质的应用,还需进一步分析和摸索)。

电池铝托盘常用的几种结构类型

铝电池托盘,因为其重量轻,熔点低特点,一般有几种形式:压铸铝托盘、挤压铝合金框架和铝板拼焊托盘(壳体)、模压上盖。


压铸铝托盘结构特征更多表现为一次压铸成型,减少了托盘结构焊接带来的材料烧损和强度问题,整体强度特性更好。


这种结构的托盘,框架结构特点不明显,但是,整体强度可以满足电池承截要求。常见于小能量电池系统结构。


挤压铝拼焊框架结构比较多见,也是比较灵活的一种结构。通过不同铝型材的拼焊、加工,可以满足各种能量大小的需求。同时,易于修改设计,易于调整所用材料。


从成本的角度,较之压铸铝托盘,挤压铝拼焊框架结构占有一定的优势。


框架结构是托盘的一种结构形式,框架结构更有利于轻量化,更利于不同结构的强度保证。


铝电池托盘结构形式,也沿袭了框架结构设计形式:外框体主要完成电池整个系统的承载功能;内框体主要完成对模组、水冷板等子模块的承载功能;在内外框体的中间防护面,主要完成电池组与外界的隔离、防护,例如,沙砾冲击、防水、隔热等等。

小结


铝作为车辆轻量化的重要材料,必须立足全球市场,长期关注其可持续性发展。铝在设计中的正确应用,需要对材质特性的更深的理解。特别是针对重载荷的电池托盘应用,还需要不断摸索,做到心中有数,不断积累应用经验,才能在轻量化的应用中游刃有余,不断进步。


收藏 分享 邀请

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

相关阅读

此篇文章已有0人参与评论

请发表评论

全部评论

精彩阅读

推荐资讯

广告位

关注汽车轻量化最新动态

官方微信

汽车材料网

全国服务热线:

0551-63857995

地址:安徽省合肥市北二环利浩财智广场

邮编:230001 Email:[email protected]

Powered by 汽车轻量化在线  皖ICP备10204426号-3

关于我们-联系方式- 汽车轻量化在线