電動(dòng)汽車(chē)(EV)結(jié)構(gòu)的輕量化是幫助延長(zhǎng)續(xù)航里程的一個(gè)關(guān)鍵因素，這是加速電動(dòng)汽車(chē)普及的必要條件。一個(gè)具體的減重對(duì)象是用來(lái)放置電池的電池盒。

迄今為止，既要支撐電池重量又要保護(hù)電池的要求往往使這些外殼本身變得沉重。不過(guò)，現(xiàn)在，一些研究計(jì)劃正在尋求通過(guò)使用新的輕質(zhì)材料應(yīng)用來(lái)緩解這種情況。

在德國(guó)達(dá)姆施塔特的Fraunhofer結(jié)構(gòu)耐久性和系統(tǒng)可靠性研究機(jī)構(gòu)，一個(gè)新完成的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種輕質(zhì)電池外殼，該外殼由持續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(CFRTP)采用創(chuàng)新的泡沫注塑成型工藝制成。該結(jié)構(gòu)使用了兩層CFRTP，中間有一層泡沫層，據(jù)稱(chēng)與鋁制結(jié)構(gòu)相比，重量可減少40%。

三明治結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人FelixWeidmann博士證實(shí)了這些細(xì)節(jié)?！斑@種結(jié)構(gòu)基于三明治結(jié)構(gòu)，旨在在低重量的情況下實(shí)現(xiàn)非常高的力學(xué)性能。這是在組件中遵循輕量級(jí)設(shè)計(jì)方法的經(jīng)典方法，可以在許多應(yīng)用中找到，”他說(shuō)?！暗侥壳盀橹梗@一直非常昂貴，但我們的新材料和工藝方法在成本敏感的應(yīng)用中更具競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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在制造過(guò)程中，外層首先由交叉單向(UD)膠帶鋪設(shè)程序形成。必要的固結(jié)過(guò)程是使用雙帶壓機(jī)完成的，Weidmann博士將其描述為“制造熱塑性復(fù)合材料層合板最具成本效益的方法”。然后在激光切割和局部熱成形過(guò)程中進(jìn)行“3D預(yù)成型”，只對(duì)要彎曲的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行加熱和冷卻循環(huán)，以達(dá)到所需的形狀。Weidmann博士解釋說(shuō)：“切口和它們特定的輪廓可以折疊成3D預(yù)制件，類(lèi)似于包裝箱/紙箱?！?/p>

此外，Weidmann博士說(shuō)，這種“熱彎曲”技術(shù)防止了材料結(jié)晶特性的更廣泛的改變，否則可能會(huì)在實(shí)際的電池外殼制造過(guò)程中造成問(wèn)題?！拔覀?cè)谝獜澢喞詫?shí)現(xiàn)3D預(yù)制件的地方引入了局部熱循環(huán)，”他指出。

在注射成型過(guò)程中，外層與泡沫層相結(jié)合以出現(xiàn)承載能力?！斑@基本上是聚合物界面的熔融鍵合過(guò)程，”Weidmann博士說(shuō)?！霸诩庸み^(guò)程中，模具和材料的溫度以一種能夠使泡沫芯材和復(fù)合材料面板之間牢固粘合的方式確定，”他說(shuō)，所需的注入壓力非常低，泡沫芯的注射大約要5秒鐘。目前，將工件從模具中取出所需的冷卻時(shí)間接近120秒，但Weidmann博士相信可以實(shí)現(xiàn)更短的時(shí)間。

雖然三明治式的材料配方已經(jīng)是一種很好的實(shí)現(xiàn)輕量化和高強(qiáng)度結(jié)合的方法，但Weidmann博士表示這個(gè)項(xiàng)目仍然擁有許多創(chuàng)新功能?！霸跓崴苄詮?fù)合材料混合注射成型技術(shù)領(lǐng)域，這種原位CFRTP夾層成型工藝是一種非常新的工藝，”他說(shuō)，“但我們是世界上唯一一家將其推向如此龐大且技術(shù)要求極高的3D結(jié)構(gòu)（比如電池外殼）的公司?！?/p>

Fraunhofer過(guò)程：

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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一個(gè)必須解決的特殊問(wèn)題涉及三明治結(jié)構(gòu)的收縮和翹曲預(yù)測(cè)，以及泡沫芯和復(fù)合材料面板之間的關(guān)鍵粘合發(fā)展。正如Weidmann博士指出的那樣，“目前還沒(méi)有商業(yè)上可用的模擬解決方法?！比欢?，該項(xiàng)目使用Weidmann博士自己開(kāi)發(fā)的新方法，成功地驗(yàn)證了收縮和翹曲的適當(dāng)模擬，以及后一種情況下的粘合行為。

因此，Weidmann博士相信最終的材料和工藝組合供應(yīng)了一種吸引力的混合功能?！坝捎诮Y(jié)構(gòu)原因，它不要任何金屬，”他說(shuō)?！斑@是一種完全由聚合物和復(fù)合材料制成的電池結(jié)構(gòu)，可以容納任何形狀的電池?！彼a(bǔ)充說(shuō)，除了重量輕、成本低和不導(dǎo)電外，該技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了設(shè)計(jì)的自由，包括幾何形狀和材料的選擇，以支持“幾乎任何應(yīng)用要求，包括非常強(qiáng)的阻燃性”。

該項(xiàng)目涉及分別由菲亞特(Fiat)和依維柯(Iveco)參與的插電式電動(dòng)汽車(chē)和全電動(dòng)巴士的電池外殼開(kāi)發(fā)，但Weidmann博士表示，已經(jīng)有來(lái)自更廣泛行業(yè)的令人鼓舞的反饋。此外，他說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)并不局限于電池結(jié)構(gòu)，還適用于任何要求成本效益輕量化設(shè)計(jì)的組件。

聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的解決方法

在德國(guó)的其他地方，一個(gè)公司聯(lián)盟在過(guò)去幾年的工作中開(kāi)發(fā)了一種電池外殼，該外殼使用安裝在鋁基板上的玻璃纖維增強(qiáng)SMC（片狀模塑料），據(jù)稱(chēng)有助于減輕約10%的重量與常用的現(xiàn)有材料組合相比，不會(huì)影響機(jī)械性能。涉及的公司包括：玻璃纖維產(chǎn)品制造商LorenzKunststofftechnik；材料化學(xué)專(zhuān)家贏(yíng)創(chuàng)；材料和生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)商ForwardEngineering；電池供應(yīng)商LIONSmart；復(fù)合材料專(zhuān)家Vestaro和電池外殼供應(yīng)商Minth。

LorenzKunststofftechnik首席運(yùn)營(yíng)官PeterOoms表示，該項(xiàng)目使用贏(yíng)創(chuàng)的環(huán)氧固化劑來(lái)開(kāi)發(fā)密度在1.5-1.7gm/cm之間的新型SMC?！八哂谐錾男阅埽绱笥?50MPa的彎曲強(qiáng)度、大于18,500MPa的彎曲彈性模量和大于150kJ/m2的抗沖擊性，”他報(bào)告說(shuō)?！按送猓ㄟ^(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂代替通常的聚酯樹(shù)脂，可以消除通常在使用玻璃纖維增強(qiáng)SMC材料時(shí)出現(xiàn)的其他問(wèn)題?！?/p>

Ooms表示，熱性能也令人印象深刻。“該材料可在800°C下承受10分鐘而不會(huì)燒穿，其絕緣性能可保護(hù)周?chē)慕M件和材料免受超過(guò)300°C的溫度影響。此外，通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂代替通常的聚酯樹(shù)脂，可以消除在使用玻璃纖維增強(qiáng)SMC材料時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)的其他問(wèn)題?！?/p>

但是Ooms也指出了新發(fā)展中的三個(gè)特別的創(chuàng)新。他說(shuō)：“首先，原料在20°C的常溫條件下可以保存數(shù)月?！薄暗诙窃诓牧现屑尤朊撃@樣材料就不會(huì)粘在模具上。第三，任何使用傳統(tǒng)或高科技SMC的客戶(hù)都可以在不改變工藝的情況下使用這種材料?！?/p>

據(jù)Ooms稱(chēng)，進(jìn)一步的工作是針對(duì)完全復(fù)合結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)，但他確認(rèn)新產(chǎn)品已經(jīng)引起了汽車(chē)行業(yè)的興趣。“已經(jīng)有幾家汽車(chē)制造商做出了承諾，”他表示。

一些公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種電池外殼，使用玻璃纖維增強(qiáng)SMC安裝在鋁基板上，據(jù)稱(chēng)比常用的材料組合可減輕10%的重量。

輕質(zhì)層壓板

與此同時(shí)，在英國(guó)，位于Pershore的Stalcom汽車(chē)技術(shù)公司推出了一種新的輕質(zhì)層壓電動(dòng)汽車(chē)電池基板技術(shù)，暫時(shí)稱(chēng)為輕質(zhì)層壓板，該技術(shù)將鋁與聚丙烯復(fù)合材料結(jié)合在一起，創(chuàng)造出一種所謂的“利用兩種材料的最佳性能的非均質(zhì)混合材料”。該產(chǎn)品使用了德國(guó)Huesker合成公司生產(chǎn)的CFRTP材料層，并使用了英國(guó)公司PowdertechSurfaceScience的無(wú)膠粘劑粉末粘結(jié)工藝，據(jù)稱(chēng)該工藝供應(yīng)的粘結(jié)強(qiáng)度是膠粘劑同類(lèi)產(chǎn)品的三倍。

據(jù)Stalcom董事總經(jīng)理BobMustard表示，該產(chǎn)品的一個(gè)關(guān)鍵元素是使用這種連接技術(shù)，該技術(shù)是由Powdertech專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，用于解決與將熱塑性材料粘合到金屬上的相關(guān)問(wèn)題。他說(shuō)：“這是將金屬與聚丙烯連接起來(lái)的一個(gè)突破性工藝，簡(jiǎn)單、快速且干凈。”

Mustard說(shuō)，假如要，制造過(guò)程開(kāi)始于復(fù)合材料和鋁層的預(yù)切割和成型，這些復(fù)合材料和鋁層已經(jīng)應(yīng)用了粘合涂層，并將機(jī)械固定件插入到鋁中。然然后將鋁板在短周期壓縮成型過(guò)程中熱熔到聚丙烯復(fù)合材料上，制成的組件可以直接從模具中使用。他補(bǔ)充道，加工技術(shù)和周期時(shí)間可以變化，以適應(yīng)低、中或高產(chǎn)量，而只需稍作工藝更改即可。他表示：“一旦冷卻并從工具中取出，所得到的組件在使用前只需很少或不要后處理。”

由于復(fù)合材料和鋁的熱膨脹系數(shù)不同，Mustard的設(shè)計(jì)、工具和加工要適應(yīng)這一點(diǎn)，以防止后續(xù)問(wèn)題。然而，他強(qiáng)調(diào)，基本的制造過(guò)程是完全簡(jiǎn)單的?！斑@些材料是在傳統(tǒng)的壓縮成型工藝中組裝和成型的，”他確認(rèn)道。

“出于安全相關(guān)的原因，頂部和底層通常是絕緣復(fù)合材料，中間鋁層為EMC屏蔽和接地安全供應(yīng)接地層，”Mustard說(shuō)?！捌駷橹?，已經(jīng)構(gòu)建并測(cè)試了三層和五層設(shè)計(jì)，其中五層設(shè)計(jì)具有兩個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)電層，供應(yīng)類(lèi)似于多層PCB的互連可能性。”

Mustard可以列舉出與單片復(fù)合材料或均質(zhì)金屬相比，該材料在EV電池外殼和基板方面的一系列性能優(yōu)勢(shì)。這些包括：層間故障安全內(nèi)部連接；非常高的抗穿刺性；與全鋁基板相比，隔熱性能得到改善，內(nèi)部峰值溫度降低了60°C；并易于拆卸最終層壓板，以方便材料的再利用和回收。

事實(shí)上，英國(guó)小型汽車(chē)制造商瓦特電動(dòng)汽車(chē)公司(WattElectricVehicleCompany)已經(jīng)指定了這種材料技術(shù)，用于其即將推出的Coupe跑車(chē)的平臺(tái)，客戶(hù)計(jì)劃在明年第一季度交貨。Mustard表示：“它構(gòu)成了電池的底板，并以‘celltochassis’的設(shè)計(jì)完全集成到底盤(pán)中，”Mustard說(shuō)?！斑@將是首批展示底盤(pán)即電池盒概念的車(chē)輛之一?！?/p>