动力电池外壳材料:如何全面提高安全系数?

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随着新能源汽车市场的蓬勃发展,电池技术的进步成为了推动这一趋势的关键因素。电池外壳作为保护电池安全的重要组成部分,其材料的选择和设计对电动汽车的性能有着直接的影响。新能源电池外壳材料的特征、性能要求以及最新的制造技术,都是电动汽车发展中不可忽视的环节。

 

电池外壳是电动汽车中不可或缺的部分,它不仅容纳了高压电池、电子元件、传感器和连接器,还保护了这些关键部件免受外力冲击、高温和渗水的影响。电池外壳的设计需要考虑防水气密性、稳定性、抗腐蚀能力以及良好的绝缘性。

 

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目前各大电池企业、各大车企在电池外壳防护方面有着多样化的创新设计。例如最近一两年来我们经常听到的CTC和CTB技术,都是通过结构的重新设计增强对动力电池的保护,提高抗冲击能力。

 

CTC(Cellto Chassis)电池底盘一体化技术,将电池与车身底盘结构合二为一,直接将电芯安装在了一体冲压成型的车架底板内,电池外壳外壳也就成为了车身结构,连接前后车身底盘部件。简而言之,就是车身、电池和底盘形成一体化的三明治结构,没有独立的电池包模组。

 

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CTB(Cell to Body)电池车身一体化技术,通过把车身地板面与电池包上壳体合二为一集成为电池。电池上盖与门槛及前后横梁形成的密封面通过密封胶密封乘员舱,底部通过安装点与车身组装。

 

不管是CTC还是CTB技术,技术角度的出发点都是将电池包和车身整体结构融为一体,加强了电池包的抗冲击能力。前段时间一起小米汽车的事故,也再次体现出电池包结构安全的重要性。

 

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在电池结构安全方面,小米SU7的电池包采用了3层顶部支撑、3层侧碰撞防护和8层底部结构防护,依次是高强钢防撞梁、防石击PVC涂层等、高强钢底护板等。官方宣称面对一系列叠加严苛耐久测试,仍能完成最严格的 IP6K9K 密封测试。而且有媒体在对小米汽车的电池包进行枪击测试,发现其电池底部的8层防护结构连子弹都打不穿。

 

这样的多层防护结构也就是电池包壳体的机械性能的体现,在电动汽车电池包壳体的性能要求方面,机械性能尤为重要。电池包壳体通常采用三明治结构,使用泡沫铝、泡棉等材料作为夹心层,提高刚度和减轻重量的同时还具有缓冲性。

 

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此外,电池外壳还需要具备防腐蚀性、密封性和电磁屏蔽功能。通过纤维铺层和纤维体积含量的设计,可以实现关键区域的电磁屏蔽;良好的隔热效果也是必不可少的性能,目前电池企业、车企积极探索复合材料电池包壳体,相较于金属壳体具有低导热系数和绝缘性,能更有效地抵御高低温的影响。

 

例如天津中科先进技术研究院与力神合作开发碳纤维复合材料电池包壳体总质量约为24kg,较铝合金结构减重50%,能量密度高达210W·h/kg。蔚来与德国SGLCarbon联合开发了84kW·h碳纤维电池包(图9),该碳纤维壳体比铝结构轻40%,能量密度大于180W·h/kg。

 

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随着新能源汽车的不断进步,电池外壳材料的选择和设计也在不断革新。热塑性塑料和增强塑料的应用,不仅提高了电池的安全性和性能,也为电动汽车的轻量化和能效提升提供了新的可能性。随着技术的进一步发展,我们可以期待电池外壳材料将更加多样化,性能也将更加优越。