汽车轻量化论坛 首页 资讯中心观点评论
2019车用新材料新工艺系列巡展规划

【现场实录】电池系统轻量化案例分享

2019-8-23 14:49 107 0 来自: 汽车材料网
简介
【中国汽车材料网】由中国汽车材料网主办的“2019(第四届)新能源汽车轻量化技术研讨会”于7月25—26日在南京圆满召开,现场邀请合肥国轩高科动力能源有限公司 胡为松 针对电池系统轻量化案例分享做报告分享。(以 ...


【中国汽车材料网】由中国汽车材料网主办的“2019(第四届)新能源汽车轻量化技术研讨会”于7月25—26日在南京圆满召开,现场邀请合肥国轩高科动力能源有限公司 胡为松 针对电池系统轻量化案例分享做报告分享。(以下文章为小编现场速记内容整理,未经本人审核)
  
  演讲人:合肥国轩高科动力能源有限公司 胡为松
  
  演讲主题:电池系统轻量化案例分享
  
  我的报告主要在四个方面,第一关于汽车轻量化方面的政策要求,第二商用车系统案例分享,第三物流车系统案例分享,最后是乘用车系统案例分享。我们在做汽车轻量化时,电池主要围绕重量、性能和成本这三个方面,为了追求更高的电池能量密度,实际上在做轻量化的同时,成本高一点也是可以接受的,但是性能的降低一定要在符合法规标准要求下的降低。
  
  从2013年到2020年国家对乘用车补贴趋势来看,补贴额度基本上逐年递减。整体上来看,国家政策的补贴,其实对新能源汽车的贡献很大,各大主机厂也在极力争取补贴。其实在补贴的同时,也提出了一系列对能量密度的要求,从2018年乘用车能量密度要求看,对应于能量密度180Wh/kg铁锂电芯和205Wh/kg三元电芯,系统要实现140Wh/kg,成组系数分别为77.8%和68.3%。
  
  把行业里几款具有代表性的电池系统的成组系数进行比较,特斯拉Model S的成组效率可以达到51%,Model 3的成组效率基本在60%;宝马i3的两代,第一代成组效率从67%到第二代74%,它做了一个轻量化的铝合金箱体,同时,电热系统选择的是铝合金板方式,所以它的电池相对较轻,基本上采用的都是铝合金和塑料。日产Leaf为什么它的电池包没有变,整车重量增加很多,但是它的续航却增加了,在原则上来说,就是它的电池能量密度增加,电池变得更重,这种情况下就是性能的下降,它本身结构没变,相同的结构承载的重量更大。我们国家所提出的能量政策补贴,反而是需要我们在成组效率方面做的更好。
  
  我们在2017年开发了一款电池包,电池大概占比64%,箱体占比15%,除去电池之外,箱体所占的比重,占其他结构件比重的50%左右。箱体实际上是整个电池包在发挥轻量化程度时最重要的部分,所以我后面的报告主要是从箱体这方面工作做介绍。对比几款电池箱下壳体材料,碳纤维虽然具有很高的比强度和比刚度优势,但是它的成本确实太高。
  
  我们目前在开发的一款商用车轻质标准箱,早期开发是一款低碳钢的方案,由于我们的供应商在焊接方面能力不是特别的强,我们中间所采用的蒙板厚度是1.2mm,如果太薄了,焊接后容易出现渗水现象,这块的重量大概在24公斤左右。我们本身在做商用车这块,有对应的国标,目前也有一个强制标准的修正草案还没有发布,但是我们在做商用车方面依旧延续标准。
  
  为了能够在2017年达到120Wh/kg的电池能量密度,我们对此做了一个替换,把箱体碳钢底座换成铝合金,局部的材料变厚,特别是连接的位置,箱体重量9公斤,我们要实现的是能量密度的提升,在电池能量密度增大的同时也做了一些箱体本身的减重。
  
  为了追求更高的目的,我们想开发1.0㎜的冲压铝合金钢板箱体,重量大概在7.7公斤,实际上难度是肯定存在的。其中结构振动NVH,连接非常困难,因为它太薄了,采用弧焊肯定是不行的,同时强度也保证不了,我们可以采用点焊和铆接。点焊其实也会存在很多缺点,尤其是点焊强度。同时我们开发了一款铸镁和铸铝方案,压铸铝合金箱体总重达到8.2kg,压铸镁合金箱体重量可以达到4.8kg,铸镁的厚度和铝板厚度差不多,它的强度相度较高。
  
  我们也开发了一款碳纤维箱体,碳纤维的强度高,但是它安装点的局部区域其实是很软的,它的箱体重量在5.5kg,为了补充底部的钢度,抵抗外界的挤压,我们在底部布置了一个铝合金形态结构,这种情况下它的重量也会提高。
  
  我们在开发铝合金材料焊接时,实际上我们会把供应商的原材料拿过来做一些静力学性能测试、断裂失效参数测试、点焊测试等试验,尝试做一些分析。点焊剥离强度基本上只有母材的6%;搅拌摩擦焊,我们中间开发了一个铝型材指压方案,如果每个工艺控制的比较好,会实现80%以上的强度。目前还有一个问题就是挤压,箱体的结构不断地变薄,基本上没有任何抗挤压能力,我们把挤压力更多的放在电芯上,在电芯挤压试验上,试验挤压停止判别标准为:当挤压力达到200KN或挤压变量达到挤压方向长度的30%,挤压停止。
  
  我们针对物流车轻质箱体做了一系列的开发,标准箱挤压铝型材结构尺寸在1577㎜*495㎜,在做碳钢材料箱体是发现刚度较弱、强度最好、疲劳无问题,重量在18.74㎏;6系铝箱体的模具成本低,刚度、强度、疲劳最好,它的减重占比占38.7%,箱体重11.48㎏;我们又开发了一款铸铝箱体,发现它的减重效果最好,减重占比47%,箱体本身重量9.93㎏。
  
  我们在做道路石头击打工况,实际上是箱体底部储压,我们最早接触是吉利开发引入的沃尔沃标准,源头是源于特斯拉之前在高速上行驶被石头击打的案例,它不能够代替特斯拉案例,因为这个工况实际上是模拟性的。有的主机厂可能会提出来,它的挤压击打力可能要大于30KN,后面我们在开发时可能有的主机厂会提出大于满载整车重量的1.1倍和1.3倍。对于非常薄的板面结构,实际上它本身的抗挤压能力以及疲劳耐力能力,都是可以的。关键的点是它局部的强度,特别是穿刺或者说局部的冲击。
  
  关于未来电池箱体发展趋势,我个人感觉是做一体化的底盘结构,车身端集成。当然前提条件是电池做的很好,在维保和售后尽量少的情况下,电池的集成一体化可能是轻量化最终的解决方案。
  
  总结下,对于铝合金箱体,从我们开发过程的经验角度来说,我觉得最大的是提高抗弯截面,不仅有利于箱体本身,而且在碰撞和挤压方面起到的作用也很大。特别注意的是铝合金箱体的连接像焊接,就是一个非常大的难点。
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

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