大陆结构塑料的多型电动汽车电池盒式示意图

大陆结构塑料(CSP)自2012年开始设计和制造复合电池盖。最近,该公司扩大了其产品组合,包括全电池外壳。照片信用,所有图像:CSP

由于汽车OEM专注于在不久的将来转变为全电动汽车市场(到2035年,对于通用汽车),电动车辆(EV)部件需要在较高的体积下产生。在复合材料世界中,许多复合材料的相对较轻的重量,更高的强度和耐热性,使其成为EV电池覆盖的金属越来越有吸引力的替代品,并且CW.继续了解设计更高效,更轻的复合电池盖的新努力(见最近的示例evonik-Led联盟TRB轻量级结构)。

大陆结构塑料(密歇根州奥本希尔斯CSP;自该公司首次为雪佛兰(Chevrolet)提供上、下电池盒以来,该公司已提供压模复合电动汽车电池盖近10年火花在2012年。从那以后,该公司的电池盖越来越受欢迎,尺寸也越来越大——电流盖可以是1.5 × 2米甚至更大。CSP执行董事Hugh Foran表示:“电池盒无疑是我们目前的主要关注点之一,因为我们目前生产了30多种不同的电池盒。”他预测,电池电动汽车(BEV)将成为汽车制造商在未来10年或更长的时间里的重点,即使技术燃料电池也加速。

份oem厂商说,最大的一个问题报告与金属电池盒,以及为什么他们来公司如CSP探索复合期权,泄漏:“信不信由你,他们可以去海底的潜艇,不泄漏,但显然有问题使金属电池盒,不泄漏。”

在过去的两年内,CSP和母公司帝国有限公司(东京,日本)已经开始专注于开发完整的多材料电池外壳,除了提供上盖和下托盘。“作为我们新的高级技术中心[Auburn Hills]的初步计划之一,我们设计并制造了生产模具钢(P-20)的成型工具,然后我们开始制定不同的材料和独特的过程来增强不仅仅是模具,但零件本身,“Foran说。“我们一直在做大量测试。我们在日本的GH Craft中有自己的碰撞测试,所以我们已经评估了不同的框架,并在某种程度上修改了盒子设计,包括添加更多罗纹以增加更多结构。“CSP还与其供应商在不同的预制件和玻璃纤维材料上致力于添加到盒子中,以及电池供应商,以便能够在负载下测试热失控要求和评估的完整外壳。

大陆结构塑料的多型电动汽车电池盒式示意图

CSP的多材料电池外壳示意图展示了该公司生产电池外壳所需的所有组件,包括各种客户需求的各种材料。

在2020年12月CSP和帝人公司(Teijin)公布了其多材料电动车电池外壳的全尺寸演示被宣布进入2021年的决赛汽车新闻试点步伐奖.Foran表示,CSP目前还在与四家oem合作设计全电池外壳。

用于更轻的机箱的多材料选项

Foran表示,在构建整个电池外壳的演示者的一个目的是探索与客户共享的新技术选择,包括使用不同的材料,并根据应用要求,覆盖不同厚度和形状的覆盖。

除电池外,外壳本身还包括至少三个结构部件:相对薄的复合顶盖,较厚更厚度的结构复合底盘和金属梯形框架,以提供盒内内部内的电池的额外支撑。供参考,大部分电池背部的电池是本身的电池,它可以重达1000磅。CSP还开发了一种能量吸收的结构泡沫内部框架,可用于更高的碰撞冲击保护。

CSP压缩成型

顶部和底部托盘作为单件式,压缩模塑复合部件,具​​有模塑的所有功能。

顶盖和底部托盘部件用CSP的4,000吨压力压缩。为了便于组装,CSP设计了两个部件是单件式结构,所有功能都有模制的。无需密封剂或通孔来固定。

目前,CSP开发了五种复合材料系统,用于其顶部盖子和底部托盘:在传统的片材成型化合物(SMC)内使用的耐火ATH,促燃料系统,可燃烧性要求,酚类和834E乙烯基酯和卡扣树脂用于织造材料和树脂转移成型(RTM)。根据申请要求将不同量的玻璃纤维添加到树脂中。碳纤维和其他纤维类型也可以使用,虽然大多数客户选择玻璃纤维作为更便宜的选择,但由于玻璃也充当绝缘体,可以帮助耐火。

大陆结构塑料的多型电动汽车电池盒式示意图

除了其全尺寸演示电池外壳外(如图所示),CSP还开始与OEM在串联生产设计上使用OEM。

对于申请而言,根据应用,可以在模塑之后模制或添加不同材料以添加功能,例如EMI或RFI屏蔽到电池盒。根据所使用的电池和电池类型的位置,电池的热失控或特别高的耐火性可能具有更高的重要性。“我们有多种解决这些问题的多种方式,”他说。“There’s so many different battery chemistries that are out there, from solid state batteries that are more expensive but don’t have any liquid in them, to highly combustible lithium-ion batteries, so it’s all about what the customer is using and what they want.”

总体而言,CSP报告称,其多材料电池外壳比钢电池盒轻约15%,与铝电池盒相比,具有更好的耐温性。

下一级创新:剪辑,冲击屏蔽,全组装功能

CSP继续创新其电池外壳设计,以及其客户的功能范围。例如,为了缓解装配并消除孔的加工或使用密封剂来连接电池盒顶部和底部盖板,CSP和Teijin Ltd.还介绍了专利申请剪辑系统连接电池盒上的顶盖和底部盖子以取代机械螺栓或焊接。“取决于尺寸,这些盖子可以在它们中有70个孔进行螺栓,因此这不仅消除了那些孔,而且还消除了附着点的压力负荷。与焊接盒子不同,这也使电池能够可维护,“Foran说。

专门设计的夹子系统旨在消除在复合电池盒中使用密封剂,焊接或机加工孔,并易于提供电池的可用性。

此外,CSP还在合作的基于复合的冲击屏蔽中,可以定位在电池盒下方,以进行额外的保护。钛撞击系统目前用于某些汽车,但他们正在观看更便宜(再生)的芳族芳纶和其他复合选项,并期望能够在今年晚些时候建立一个全面的证明者进行测试。

最终,Foran说,OEM正在寻求CSP这样的供应商,不仅可以提供电池盖,而是提供满足其所有质量和体积要求的全电池单元。这导致了CSP开发了其多材料电池外壳,并直接使用电池供应商,以便在发货前组装全电池外壳。

Foran补充道,“客户希望我们泄漏所有封面,建立完整的电池组,然后将这些装在装配厂,完成。它有意义:将一个空盒子分别占用运输容器或卡车中的更多空间。这也已成为我们的关键重点。“

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