电动汽车电池壳的价格、性能与防护

随着供应商们不断努力来满足行业对电动汽车电池壳日益严格的要求，复合材料技术在电池壳上的应用也越来越多。

汽车行业正快速朝着电气化的方向发展，OEMs及电池模块的制造商们对采用复合材料来制造电池壳（包括用于支撑和保护车架和电池单元本身的电池盒盖及电池托盘）的兴趣也越来越浓。使用复合材料的原因有很多，最主要的原因是，能够减轻质量并减小叠加公差。据说，一个空的金属电池壳能使汽车质量增加110～160kg，是目前装上电池包之前电池电动汽车上最重的部件。

另一个原因是，电池壳由多个部件组成，每一个部件都附着在前一个部件之上，使得整个组成件占用的空间会叠加，也就是说，它会越来越高、越来越厚。由于电池中不同的组成部分是由不同的供应商设计和制造的，稍有不慎，这种叠加的空间就会超过总的可容纳空间，使得电池包这样的复杂系统在装配线上占用的空间可能超过汽车工程师预设的空间。如果用金属来成型形状复杂的电池壳，则更具挑战性且成本更高，因为需要制造的组件更多，占用的空间也会更大。相比之下，复合材料则以其设计自由度高及部件整合的优势，允许将电池壳设计成占用空间更小的有效形状。

此外，金属的抗冲击性能很差，这可能会影响电池托盘（其上安装有冷却系统）的耐久性，因为轮胎扬起的道路碎石经常会砸到电池托盘上。如果想要验证新车的安全性，通过侧面和偏移屏障冲击试验也面临着挑战。而腐蚀也是一个众所周知的问题。由于具有导热性，在正常的充电和放电过程中，以及在出现热失控时，金属可能从模块内部传输热量，还会将外部热量导入电池包内，使得电池包在理想的温度范围内运行变得更加困难。现在，由于大部分的电池组件都被包封在客舱下面，因此需要采取缓冲措施，以便在电池包受到严重损坏时能防止金属壳将热量或火焰导入车内，确保乘员有足够的时间逃逸或者得到救援人员的帮助。因此，目前的电池壳必须通过越来越严格的火焰测试——通常是在高温、高压下持续保持很长一段时间。

无论如何，与金属相比，复合材料的电池壳具有可量化的优势: 更轻的质量、更高的设计自由度所带来的更大的空间利用率、更快速的组装、无腐蚀、更耐用以及特殊配方所带来的更好的阻燃防火性。与作为基准的金属设计相比，获得这些优越性能所需的成本是中性的或者更低。

然而，没有一种材料不具备挑战性。虽然具有隔热优势，但电气绝缘性却要求电池包有自己的缓冲措施，以确保不受附近和车内电子信号源的影响。电池组件不会产生可能影响其他车载电子设备（包括高级驾驶辅助系统ADAS）正常运行的信号。本文将重点介绍不断进步的模拟技术，以及供应商们在制造电池壳和导电添加剂方面所付出的努力。

工程见解

正如结构复合材料应用中经常出现的情况一样, 特别是涉及不连续纤维增强材料时，采用正确的虚拟原型工具和材料卡来对不同的电池壳设计所采用的材料和工艺选项进行快速准确的评估是至关重要的，这有助于快速取消不可能成功的设计和材料，减少反复试错（成型和实际测试）所需的时间和成本，从而快速将产品推向市场。

为提高模拟精度，许多制造电池壳的供应商已专注于为自己配制的复合材料开发材料卡，至少有一家公司正在开发其自己的模拟工具并使其能与其他主要软件包衔接。那么，伴随着复合材料电池壳市场的不断发展，软件供应商们又有何见解呢？

“伴随着汽车轻量化、电气化的发展趋势，我们已经看到，对我们的复合材料建模软件的使用量在增加。”Hexagon公司制造信息部门高级应用工程师Dustin Souza解释道。位于瑞典斯德哥尔摩的Hexagon公司提供建模软件和工程服务，以帮助工程师们采用聚合物和复合材料设计出更轻质的结构。“越来越多的公司希望得到我们的帮助，为他们设计和制造电池盒盖和电池托盘提供更好的建模。”Souza表示，Hexagon公司可以分析各种材料，从短纤维注射料到片状模塑料（SMC）再到连续纤维增强复合材料。

“我预计，未来注射成型的复合材料可能是用于这项应用的最成功的材料类型，而不是今天使用的SMC或连续纤维增强复合材料。”Souza说道，“这是因为，注射成型行业有着悠久的历史和丰富的经验，这类材料的可回收性与可持续的发展目标相一致。而且，注射成型工艺能实现更快速的生产，而要提高电动汽车的产量，速度至关重要。”他补充道，根据车辆类别及性能要求，可能会在玻璃纤维或碳纤维增强材料之间进行选择。