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挤压铝材在电动汽车中的应用

转载 :  ytvip03.com   2020年07月06日

       电动汽车(BEVs,batteryelectricvehicles)如潮水般地向我们走来,电动汽车时代降临了。2019年前9个月,美国销售了约17.5万辆电动汽车,毫无疑问,销路较好的当数特斯拉汽车,约占市场份额的80%,其他参与竞争的汽车公司有通用汽车公司、日产汽车公司、奥迪汽车公司、宝马汽车公司、大众汽车公司与韩国的现代汽车公司等13家。
       美国市场由于各式各样的电动汽车的涌入,价格也各异,相当混乱,首先是保时捷公司的4门Taycan运动车,接着是梅赛德斯公司的EQC车,2020年伊始,又迎来了特斯拉的ModelY,福特公司的MustangMach-E与德国大众公司的ID.4,然后是沃尔沃公司的XC40BEV和MiniCooPErSE,未来还会有更多的新型电动汽车相继问世。有人估计,2025年北美汽车市场电动车的销量可达100万辆。

挤压铝材在电动车中的应用

       挤压铝材在电动车上起着非常重要的作用。第 一,电池系统必须用轻量化材料制造,这比在其它汽车中更显得重要;第二,它是制造电池托盘和冷却系统的强有力竞争者,也是制造电机壳体的良材。

重量与行程

       电动汽车的车重限制了它的行程。据杜克环球公司(DuckerWorldwide)估计,大众汽车公司的e-Golf(已被ID.4车取代)电动汽车电池系统质量超过227kg,比同型的内燃机(ICE)的车重。电动车的电池、电机、控制系统、电线电缆的质量超过454kg;TeslaS电动汽车的电池质量544kg,电机容量85kWh,占车重的27%;CheryBolt电动汽车情况也是如此,66kWh,电池质量436kg,占车重的26%。

       电池的能量密度虽然在不断上升,但是购车者的意愿是,航程能显著增加,重量下降并非头等大事。总之,现在的汽车由于先进驾驶辅助系统(ADAS,advanceddriverassistancesystems)硬件、预报警系统、前碰撞报警/自动刹车系统等的增设,汽车的总质量会增加136kg~180kg。

       采用挤压铝材零部件及其它铝制工件是减小汽车质量有效的措施,横向车身梁(crossbodybeam)/仪表盘、车顶弯梁(roofbow)、车身底部横梁等等都可以用挤压铝材制造,同时用空心薄壁挤压复杂铝型材则可以进一步降低零部件的重量,采用挤压铝材制造越来越多的电动车零件是一项具有战略意义的事情,电动汽车应是全铝化的,所谓全铝化就是在当今的技术条件下,在确保行车安全与乘座舒适的前提下,凡是可用铝合金、镁合金制造的零部件都是用轻金属材料制造的。

       据伦敦商品研究所(CRU)的资料显示,2019年全球ABS(AutoBodysheet)总消费量约1700kt,其中北美950kt,欧洲550kt,中国90kt,其它市场110kt。根据2019年10月国际铝业协会《中国汽车工业用铝量评估报告(2016~230)》,预测2030年的需求量为9100kt,年复合增长率8.9%。中国2020年实施《新能源汽车补贴免征购置税政策延长2年》的措施,对降低产业链成本压力有利,给予具有核心技术及意愿研发投入的企业更多的成长空间,有利于扩大铝材应用。不但覆盖件薄板用量会有较大增长,而且外板产品、电池底板产品及动力电池箔用量都会同步增长。

电池系统托盘

       电池系统托盘(batterysystemhousing)是电动车的一个大的关键部件,可用挤压铝材制造,也可以用板材,但以前者为主。在此顺便说一下housing的译法,有译“托盘”的,有译“壳体”的,还有译为“电池盘”的,在有关标准未给出标定名称前,建议采用“托盘”一词。托盘的作用:托住电池系统,防止碰撞,防止底部碰触,散热作用,便于维护、装配,等等。

       典型的电池系统托盘酷似滑板,位于汽车的两轴之间,而电机及控制系统则置于轴上。通常电动汽车电池托盘的长度1980mm~2160mm,宽比1532mm稍大一点,高127mm~140mm。例如,奥迪e-tron电动车电池托盘长约2921mm,宽1930mm,而Jaguar(美洲虎、杰戈娃)I-Race电动车托盘长2972mm、宽1895mm。

 

 

电池的热控制

       电池托盘应有良好的散热性能,电池工作时总会释放热量,必须及时把热散放,所以电池托盘中设有冷却系统,以保持全系统在设计的温度窗口20℃~40℃内,同时变化幅度不能大,应低于5℃。为了达到这种严格的控制,当前较好措施是设有间接液体冷却部件,用铝管制的,管内循环流动着液态乙二醇,冷却部件呈网状。早先日产汽车公司采用冷却片,但是美国再生能源实验室(NationalRenewalEnergyLab,NREL)认为,空气冷却系统消耗的能为液体系统的2~3倍,同时该实验室指出,翅片式空气冷却系统需用更多的挤压铝材制造,毫无疑问,冷却系统质量会加大。

       在电池散热方面,汽车公司各有其招,有的采用类似于内燃机汽车的散热方式,有的则有新的设计。保时捷公司(Porsche)在其新推出的Taycan车上,将电池箱的冷却系统置于外部,粘结冷却管于箱的底部;将一根蛇形管置于电池组之间;宝马汽车公司(BMW)也将冷却系统放在箱底,电池位于循环冷却管之上。总之,不管冷却系统的型式如何,也不管它们被置于何处,都是用挤压的铝合金管制造的。

材料选择

       关于电池托盘材料选择的内容是:采用什么品种铝材,铝材是用什么合金加工的。截至2019年,几乎所有新能源汽车的电池托盘都是用挤压铝材加工的,仅有极少数托盘是用板材制造的,是诺贝丽斯(Novelis)铝业公司2019年研发的。诺贝丽斯是一家印度公司,约60%业务在美国,是世界上较大的平轧铝产品企业,平轧铝产品总生产能力约4800kt/a,在全世界16个国家有22个生产企业,员工约18500人,是印度铝工业有限公司(HindalcoindustriesLimited)的子公司,2019年向市场推出用板材制的电池托盘。但用挤压材制造托盘优势明显,有研究指出:用板材制造SUV(sportutilityvehicle,多用途跑车)电池托盘的铸造工具费用高,前导期也长,约la(leadtime,LT或L/T),而用挤压铝材制造,只要七八种挤压材,工具投资少,且前导期仅约6个星期,同时,用挤压材制造托盘的设计简单快捷。因此没有必要用板材制造,电动车的发展,对拓宽挤压铝材应用起了一定的作用。

       电动汽车托盘用的挤压铝材是一类结构材料,必须具有一定的强度性能,还必须易成形加工与价格合理,综合这些因素,可用6063与6061合金加工托盘型材,主要结构件用6061合金,其它的用6063合金。

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