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无惧续航挑战,电池Pack壳体轻量化技术指南

国际金属加工网 2022年03月02日

里程焦虑一直是新能源汽车的头痛点,无论哪个新车的上市,极限里程挑战都是其必过难关。一般认为纯电动汽车重量降低10%,续航里程便可增加约6%。新能源汽车“三电”系统约占整车整备质量的1/4左右,有数据显示,在传统汽车基础上设计的新能源汽车比传统燃油车质量会增加15%以上,所以轻量化是新能源汽车比传统汽车更需要的课题。

在动力电池系统中,电池壳占系统总重量约 20-30%,是主要结构件,显著影响其电耗、动力性、制动性能、被动安全性、一次充电续航里程等,因此新能源汽车电池壳的轻量化显得更为重要。轻量化离不开高强度钢、镁铝合金、高性能塑料和碳纤维复合材料等轻量化材料的应用,然而轻量化新材料的应用,这又涉及全新的设计制造与检测技术的应用,这对整个汽车行业都是极大的挑战。

在新能源电池壳箱体选材上钢板、铝板、挤压铝、压铸铝、玻纤复材、SMC复材、碳纤复材都有应用,铝合金框架和铝板结构电池壳结构设计灵活,减重明显且工艺较成熟,挤压铝的框架能够提供高刚度和高强度,铝板冲压件密封。特斯拉Model S、蔚来ES8、大众MEB等项目电池壳均采用了铝合金框架和铝板结构,针对此种这些特殊工艺材料的产品,电池壳厂家无论是在设计、工艺、检测、材料环节都需要全新的技术支持。

工艺链仿真:控制开发成本与周期

新设计直接带来工艺的改变,工艺开发过程中,试验成本和试验时间对产品成本和产品开发周期的影响。在电池壳体的工艺开发中,往往会出现产品设计对可制造性的考虑不足、焊接导致的产品变形、成形过程中的回弹对产品性能有影响、成形缺陷导致产品质量问题、成形模具多次修模、调试工艺参数问题,以及成形过程中的材料利用率问题等。海克斯康可以用厂商提供一站式工艺链仿真方案(冲压、挤压、铆接、焊接、旋压等众多工艺类型),在帮助客户缩短工艺开发时间,进而缩短产品开发时间,降低产品的开发成本。在钣金件成本评估、材料利用率提升以及可制造性评估方面有独到之处。

电弧焊-温度分析

电弧焊-整体变形分析

三维快照检测:保障新设计质量

新能源汽车的电池壳体检测一般需要通过电池壳箱体上200个左右的螺纹孔测量,这个通过传统的检测方法一个全新电池壳体的质量验证需要消耗大量的时间,三维结构光传感器则是完成此项任务的理想技术。海克斯康的OPTIUM HP®三维快照检测系统是针对自动化在线检测的高精度快拍系统,应用海克斯康最新的光学跟踪技术和结构光快照式传感器。整个测量过程不受机器人精度影响,能够快速提供绝对测量精度。同时可以实现在点偏差超差的错误特征处的多次测量,提高检测准确度,做到检错信息及时处理。

新材料仿真分析:避免设计欠缺

为降低传统电池包的重量,一些厂商尝试使用了更轻质提复合材料,像蔚来ES6的碳纤维增强型复材(CFRP)电池外壳就比传统的铝或钢制电池外壳轻40%,具有高刚性,而且比铝的热导率低200倍。对于新材料的设计需要大量的材料特性数据,海克斯康的Digimat软件具有对复合材料分析的能力,可以对复合材料进行多尺度建模,表征材料的各向异性特征,从而提高复合材料有限元计算的精确度,避免设计不足或者过设计,并且防止纤维取向受成型工艺的影响,影响电池外壳的力学性能等。

 

在制造业数字化转型与市场需求不断变化的当下,贯穿产品设计、工艺、制造、检测与管理全生命周期的解决方案变得尤为重要,海克斯康新能源汽车行业解决方案从新产品设计开始,以数据为导向,帮助用户洞悉产品制造全流程数据,为行业加速转型赋能。

(海克斯康制造智能)

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