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中国工博会新材料论坛暨中国汽车新材料应用高峰论坛

由上海有色金属行业协会、上海市汽车工程学会、苏州市压铸技术协会主办,SMM承办,华劲集团独家冠名的2021(第三届)工博会中国汽车新材料应用高峰论坛,于2021年9月16-17日在上海举办。

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中国工博会新材料论坛暨中国汽车新材料应用高峰论坛

新能源电池托盘性能对比 铝合金铸造托盘未来将成为主流【SMM汽车新材料峰会】

来源:SMM

【SMM汽车新材料峰会 | 新能源电池托盘性能对比 铝合金铸造托盘未来将成为主流】广东普拉迪科技股份有限公司行业经理叶青建表示,铝型材焊接电池托盘是目前主流的电池托盘设计方案,通过型材的拼接及加工来满足不同的需求。铝合金铸造托盘目前并不是主流,但随着大吨位压力机成熟压铸技术进入市场,肯定是未来一个方向。

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在由SMM隆重举办的2021第三届中国工博会新材料论坛暨中国汽车新材料应用高峰论坛上,广东普拉迪科技股份有限公司行业经理叶青建对新能源汽车电池托盘技术应用及制造工艺进行了分析与介绍。他表示:“新能源汽车将成为新一轮科技革命和产业变革的标志性、 引领性产品,推动信息技术、高端装备制造、新材料、新能源等产业转型升级。铝型材焊接电池托盘是目前主流的电池托盘设计方案,通过型材的拼接及加工来满足不同的需求。铝合金铸造托盘目前并不是主流,但随着大吨位压力机成熟压铸技术进入市场,肯定是未来一个方向。”

新能源汽车发展现状

当前,各个国家把新能源汽车放在核心战略发展地位,制定战略规划和法律法规支持产业发展。而低碳化是汽车产业长期关注的关键技术方向,低碳化有较大的节能减排潜力,所以新能源汽车在一定时期内仍是市场主力。到2035年,新能源汽车将成为主流产品, 各类智能化技术也会广泛应用到汽车。新能源汽车将成为新一轮科技革命和产业变革的标志性、 引领性产品,推动信息技术、高端装备制造、新材料、新能源等产业转型升级。

新能源汽车发展日趋成熟政策法规体系逐步健全,技术创新能力持续提升、商业模式创新力度不断加大、 充换电基础设施体系逐步完善。

车型日益丰富,高低两端车型热销带动市场持续增长。比亚迪汉等高品质车型和宏光MINI EV等高性价比车型成为拉动市场增长的核心主力。私人消费购车比例快速提升,非限购城市销量占比稳步提升。

跨国品牌电动化转型,市场份额大幅提升。宝马、大众、丰田等全面发力新能源汽车市场。

车电分离模式加快创新,充电网络加快建设。蔚来、威马、吉利、北汽、长安、上汽等积极布局换电市场。

跨国品牌电动化转型,市场份额大幅提升。宝马、大众、丰田等全面发力新能源汽车市场。

磷酸铁锂用量回升,技术日趋成熟。磷酸铁锂性价比持续有优势。

1-5月,新能源汽车产销分别完成97万辆和95万辆,同比均增长2.2倍;纯电动汽车产销分别完成82万辆和79万辆,同比增长2.6倍和2.5倍。新能源汽车产业正处于从政府推动到市场驱动、从技术跟随到技术引领、从产能最大到质量和产能同步领先的发展新阶段。2021新能源汽车将稳定向好,预计销量超过200万辆,同比增长46%左右。

新能源电池托盘结构

电池托盘

电池托盘主要包括下托盘,冷却系统、动力电池模组、电池管理系统、线束、隔热棉、上盖组成。 其作用是承载保护模组。

电池包占整车重量的25%左右,电池包壳体占电池包重量约15%左右。在轻量化的背景下,电池包减重很有必要。

铝制材料电池托盘是目前电动车主流。混合材质是趋势,不同部位用不同材料,达到性能和成本的最优解。

钢制托盘

钢制托盘是传统工艺400Mpa以下钢板冲压+焊接(圈梁2-2.5mm,壳体1mm) . 700Mpa以上高强钢及热成型钢板托盘(圈梁1.5mm,壳体0.8mm)。

CNC总成加工工序简单,精度不是很高,切削量小,工序有钻孔、攻牙。

超强钢制托盘制造企业:宝钢,安赛乐米塔尔S-in Motion、蒂森克虏伯selectrify。

目前主流车企中A000微型电动车型采用钢制托盘:宏光MINI EV、知豆、奔奔、奇瑞小蚂蚁等。

铝合金托盘

铝型材焊接电池托盘是目前主流的电池托盘设计方案,通过型材的拼接及加工来满足不同的需求。挤压铝合金电池托盘具有高刚性、抗震动、挤 压及冲击等性能。其具有设计灵活、加工方便、易于修改等优点。但是制造工序并比较多,焊接工艺复杂、焊接变形,焊接密封不严。

目前主流铝型材采用普通6063或6016(7系研发中,比6系 轻10%),拉伸强度基本在220~240MPa之间,如果采用强 度更高的挤出铝型材,拉伸强度可达到400MPa以上,较普 通铝型材下箱体能再减重20%勺0%。代表车型有北汽,比亚迪,长城、小鹏P7,宝马ix3及大众MEB等主流电动平台。

铸铝托盘将原本需要柳接、冲压、焊接复杂工艺化繁为简,减少了加工工艺,减低了零件重量,实现了成本降低,提升产品竞争力。其具有结构和壁厚设计灵活,托盘外框、吊耳、冷却通道一体成 型。制造工艺具有工序简单、生产效率高、尺寸精度高和气密性良好等优点。壁厚一般为2.5 ~ 4.5mm,目前常用的压铸材料一般为AISilOMgMn、 AIMg5Si2Mn、AISi9Mn和AISi7等,为保证力学性能,一般采用真空压铸的方式,模腔真空度小于50mbar。通常应用在通用、宝马PHEV车型这种尺寸偏小的托盘上。代表企业有大众GolfGTE插电混合压铸电池托盘、BMWX5插电混动以及腾势500。

铸铝托盘面临的技术难点是铝合金在铸造过程中易发生欠铸、裂纹、冷隔、凹陷、气孔等缺陷,而且铸造铝合金的延 伸率较低,在发生碰撞后易发生变形裂断。整体铸造成型需要一次投入模具费用很高,需要对应的压机吨位很大。整体铸造成型表面和内部缺陷较多,不同位置力学性能差异大,影响托盘可靠性。以及由于铸造壁厚的限制,整体铸造电池托盘相对于型材托盘轻量化效果稍差。

铝合金铸造托盘目前并不是主流,但随着大吨位压力机成熟压铸技术进入市场,肯定是未来一个方向。

铸铝加型材铝托盘主体材料为型材加部分铝铸件焊接而成。Models的托盘底板是6mm的铝板,四周和下车体连接安装点为铝型材,前端为铸铝件,中间为16个模组安装固定的型材,所有连接基本由铝弧焊实现。

冲压铝板焊接电池托盘具有非常好的轻量化效果,相对于钢材在不降低刚度的前提下,能减重40%。并且其是铝板冲压而成(宝马13 4mm,特斯拉3 3.2 S 6), 长度方向布置有加强筋,底板周边均匀布置冲压凸台与车身下车体连接,底板周边一圈是挤出型材,通过CMT连续弧焊的方式与底板连接,型材上表面布置有与上盖连接的安装孔,上盖采用的是0.8mm的冲压成型的低碳钢板,此种形式结构简单、 轻量化效果好。

目前该种托盘面临的技术难点是底板冲压回弹以及底板与周边型材满焊引起的翘曲变形,特别是长度方向两端的翘曲变形。代表车型有宝马i3、特斯拉Models、特斯拉Model3。由于其拉延深度、电池包振动、 冲击强度不足等问题,需要车企有较强的车身、底盘集成设计能力,对电池包进行结构强化和碰撞保护。

新能源电池托盘制造工艺

CNC及加工方面,型材锯切下料根据材料截面大小,产品角度,尺寸,需要余量,不需要余量等,选用锯床、单头锯床、双头锯床,摆角度锯床等。

散件加工分为杆件类加工和板材类加工。杆件加工特点是长条型,多面加工,要求效率与一次性加工完成;多采用3轴或4轴联动。板件加工特点是材料稍宽,钻孔与拼接为主。

边框焊接方面,熔化极惰性气体保护焊接工艺(MIG)焊接成本低、生产效率高、灵活方便。主要技术设备供应商有伏能士、法国沙福、上海肯比焊接。

底板搅拌摩擦焊方面,摩擦搅拌焊是目前的主流焊接技术。搅拌摩擦焊(FSW),是高速旋转的焊具与工件摩擦产生热量使被焊材料局部塑性。搅拌摩擦焊焊接过程一共有旋转-钻入-加热-焊接-拔出五个步骤。优点是焊接接头力学性能好,焊接后变形小,密封性好,焊接成本低。缺点则为焊接工件必须刚性固定,反面应有底板。焊针退出后会留下一键型孔。

底板CNC加工方面,板材类加工采用龙门数控加工中心(主要设备供应商:普拉迪),此类龙门加工中心专为板件加工设计,特别是大型的板料加工,上下料简单,加工效率高,再配合真空吸式的夹紧方式或自动避让气动夹具,实现性价比最大化。底板加工完成后对侧边进行填补垫条,堵住型材内室。

总体焊接方面,把之前焊接好的边框跟底板使用总成搅拌摩擦焊焊接、一次性绕一周焊接起来,形成一个完整的电池托盘。主要设备供应商是航天工程装备北京赛福斯特。铝型材+冲压铝板焊接工艺是冷金属过渡焊接(CMT)焊,用于易热变形的薄板,贵金属焊接,钢铝异种材料连接,最大的工艺优点为低热输入量。主要供应商有伏能士、法国沙福。

总焊接后工件使用大型龙门数控加工中心加工,铣面、钻孔,攻牙。配专用的自动夹具可完一次装夹,完成多工序加工。根据工艺特点,常规三轴满足加工需求。压铸类托盘,一般只有总成CNC方面加工需求。

浅谈动力电池

新能源汽车电池类别

按汽车类别分类:1. HEV油电混合动力电池包,仅用起步、加速、制动 等辅助用电,体积小,质量轻。多在后备箱位置。

2. PHEV插电混合动力汽车电池包,具有纯电动工作功能,体积较大。安装位置,地板。

3. EV纯电动汽车电池包,完全依靠电池能量形式,体 积很大,一般布置在前后悬架之间,约占整车质量1/3-1/2

按正极材料分类

按电芯结构分类

2021年1-5月,我国动力电池产量59.5GWh,同比增长227.3%,其中三元电池产量29.5GWh,占总产量49.6%。同比增长153.4%;磷酸铁锂电池产量29.9GWh,占比产量50.3%,同比增长360.7%。

1-5月,我国动力电池装车量41.4GWh,同比增长223.9%,其中三元电池装车量24.2GWh,占总产量58.5%。同比增长151.7%;磷酸铁锂电池装车量占比41.3%,同比增长456.6%。

磷酸铁锂电池市场占比小幅提升,主要是A00级别车型的需求暴增带来磷酸铁锂电池的需求。随着磷酸铁锂技术的成熟,将在汽车市场上更受欢迎。

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