據(jù)為全球汽車行業(yè)服務(wù)的網(wǎng)站W(wǎng)ardsAuto.com報(bào)道，2022年3月全球交付的汽車中，近四分之一是電動(dòng)汽車。盡管存在疫情影響、面臨供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)、缺乏充足的充電基礎(chǔ)?設(shè)施以及消費(fèi)者不愿意接受混合動(dòng)力和蓄電池電動(dòng)汽車等不利因素，汽車電動(dòng)化的步伐仍在加快。上述消費(fèi)者的態(tài)度是由于較高的標(biāo)價(jià)、對(duì)行駛里程的擔(dān)憂以及充電方面的問(wèn)題。盡管如此，電動(dòng)汽車在全球新乘用車銷量中的占比從2019年的2.5%增長(zhǎng)到2022年第一季度的近25%，這確實(shí)是一個(gè)了不起的成就。
高電壓電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的箱體需要平衡一些復(fù)雜的要求。首先，它們必須提供長(zhǎng)期的力學(xué)性能，包括扭轉(zhuǎn)、彎曲剛度等，以便在電池組壽命期間承載沉重的電池，同時(shí)保護(hù)電池免受腐蝕、石子撞擊、灰塵和濕氣侵入以及電解液泄漏的影響。在某些情況下，電池箱體還需能夠防止靜電放電和來(lái)自附近系統(tǒng)的電磁干擾/射頻干擾。
其次，在發(fā)生碰撞時(shí)，箱體必須保護(hù)電池系統(tǒng)，防止撞碎、刺穿或因水/濕氣進(jìn)入而引起短路。第三，電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)必須有助于在各種天氣下充電/放電期間將各單格電池保持在理想的熱運(yùn)行范圍內(nèi)。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，它們還必須盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持電池組不接觸火焰，同時(shí)保護(hù)車輛乘員免受電池組內(nèi)部熱失控產(chǎn)生的熱量和火焰的影響。此外，還存在重量對(duì)行駛里程的影響、電池堆疊公差對(duì)安裝空間的影響、制造成本、可維護(hù)性和使用期滿的回收等諸多挑戰(zhàn)。以下是幾家材料供應(yīng)商如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的概況。
01 英力士
作為多種樹脂和添加劑的長(zhǎng)期供應(yīng)商，美國(guó)英力士復(fù)合材料公司（INEOS Composites US LLC）的材料自2011年起就用于北美洲混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的SMC（片狀模塑料）蓄電池箱蓋中，并在中國(guó)市場(chǎng)中供多個(gè)平臺(tái)的蓄電池箱蓋使用。
英力士復(fù)合材料運(yùn)輸市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Dan Dowdall解釋說(shuō) ：“原始設(shè)備制造商正在為電動(dòng)汽車蓄電池箱快速開發(fā)更精細(xì)的性能和材料規(guī)范，其中大多數(shù)涉及阻燃要求或碰撞保護(hù)。”“為了應(yīng)對(duì)這些不斷變化的要求，我們最近推出了一種新的高性能、低成本的樹脂體系A(chǔ)rotran 2502，專為SMC蓄電池箱體而設(shè)計(jì)。該樹脂具有高強(qiáng)度和高耐熱性。其在復(fù)合過(guò)程中的優(yōu)異浸透性和流動(dòng)性使其更容易獲得更高的玻璃纖維或碳纖維加入量以達(dá)到優(yōu)異強(qiáng)度和剛度，更高的礦物填料加入量以降低成本或提高阻燃性能，或更高的玻璃微珠加入量以減輕制件重量。此外，由它制成的SMC流動(dòng)性良好，可填充復(fù)雜的制件輪廓，從而實(shí)現(xiàn)更好的零件集成，使電池組的體積效率更高。”
該公司報(bào)告說(shuō)，使用新材料的SMC在2.0mm的厚度下通過(guò)了UL94 5VA測(cè)試，而一些基于不飽和聚酯和乙烯基酯的SMC配方在該厚度下失敗，并且這種新SMC在其他火焰試驗(yàn)中也表現(xiàn)良好。在熱重分析（TGA）測(cè)試中，Arotran 2502 樹脂比傳統(tǒng)的不飽和聚酯和乙烯基酯樹脂能更好地抵抗熱降解。即使在要求苛刻的UL箱熱失控試驗(yàn)中，用Arotran 2502制造的SMC也顯示出非常好的結(jié)果。據(jù)說(shuō)正在進(jìn)行的工作重點(diǎn)是改善加工、成本、性能和可持續(xù)性。
Dowdall補(bǔ)充說(shuō)：“對(duì)于電動(dòng)汽車蓄電池箱體，一個(gè)重要的研發(fā)目標(biāo)是用于特制預(yù)制體的樹脂，以獲得更高的力學(xué)性能。我們還積極與技術(shù)合作伙伴合作，研發(fā)防電磁干擾/射頻干擾薄氈和氈，以滿足箱體不斷發(fā)展的電子屏蔽要求。”
02 佳斯邁威
美國(guó)佳斯邁威公司（Johns Manville）生產(chǎn)絕熱材料、屋面材料和工程產(chǎn)品，包括用于各種復(fù)合材料的玻璃纖維無(wú)捻粗紗。去年秋天，該公司用陰離子聚合己內(nèi)酰胺制造品名為Neomera的聚酰胺 6（PA6）基有機(jī)片材。最初的有機(jī)片材產(chǎn)品是用玻璃纖維機(jī)織物和無(wú)屈曲織物增強(qiáng)，但據(jù)說(shuō)其他類型的織物甚至較長(zhǎng)的短切纖維（玻璃纖維或碳纖維或兩者兼用）也在開發(fā)之中，并即將推出。
用己內(nèi)酰胺單體而不用完全聚合的PA6 聚合物浸漬增強(qiáng)材料的好處是粘度低得多，因此有機(jī)片材具有優(yōu)異的纖維浸透性和更高的纖維體積分?jǐn)?shù)。這使復(fù)合材料制件獲得更高的剛度、強(qiáng)度和抗沖擊性。據(jù)報(bào)道，由于玻璃纖維/PA6 復(fù)合材料的韌性，該材料被用于多種汽車用途，包括蓄電池箱體。
據(jù)介紹，佳斯邁威一直在與德國(guó)Forward工程公司的美國(guó)辦事處合作。Forward工程公司是一家全球性運(yùn)輸設(shè)計(jì)和工程咨詢公司，在設(shè)計(jì)和檢測(cè)蓄電池箱體方面具有專長(zhǎng)。它對(duì)佳斯邁威的全熱塑性復(fù)合材料箱體設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的機(jī)械和碰撞模擬。
Forward工程公司北美區(qū)總經(jīng)理Adam Halsband說(shuō) ：“在過(guò)去四年中，我們看到對(duì)我們的高電壓蓄電池箱體開發(fā)的需求急劇增加。”“早期我們的工作重點(diǎn)是復(fù)合材料密集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模擬，目標(biāo)是獲得最高的碰撞性能和減重效果，而最近我們的重點(diǎn)已擴(kuò)展到熱失控性能、電磁兼容性的管控以及單格電池和電池組的環(huán)境保護(hù)。”
03 朗盛
德國(guó)朗盛公司（Lanxess AG）生產(chǎn)多種形式的熱塑性復(fù)合材料：短纖維增強(qiáng)熱塑性塑料粒料、織物或單向玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)有機(jī)片材。去年年底朗盛宣布與汽車行業(yè)供應(yīng)商Kautex Textron 公司合作，探索使用熱塑性復(fù)合材料替代大型電動(dòng)汽車蓄電池箱體上的鋼和鋁。這兩家公司不僅研制了全熱塑性復(fù)合材料電池箱體技術(shù)示范品，而且將預(yù)測(cè)性能與近批量生產(chǎn)部件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該技術(shù)。
合作目標(biāo)是展示一種中型轎車之1400 x 1400mm電池箱體用的復(fù)合材料在減少質(zhì)量、降低成本、集成功能和電氣絕緣方面的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)包括與防撞結(jié)構(gòu)和車底護(hù)板相連的蓄電池底盤和蓄電池蓋子。部件由Durethan B24CHM2.0品牌長(zhǎng)玻璃纖維直接增強(qiáng)PA6（D-LFT）壓塑而成，這種一步法工藝非常適合快速生產(chǎn)大型部件，成本具有競(jìng)爭(zhēng)力。底盤的防撞結(jié)構(gòu)采用Tepex dynalite品牌連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)PA6局部增強(qiáng)，以滿足此用途非常高的結(jié)構(gòu)要求。據(jù)報(bào)道，此箱體已通過(guò)ECE R.100外部
防火試驗(yàn)。
全熱塑性復(fù)合材料蓄電池底盤和蓋子（來(lái)源: Kautex Textron）
合作項(xiàng)目的結(jié)果表明：與Kautex生產(chǎn)的商用鋁箱體相比，熱塑性復(fù)合材料箱體減少了達(dá)15%的質(zhì)量、20%的成本和45%的二氧化碳足跡，同時(shí)提供了結(jié)構(gòu)性能、整體熱管理和便于組裝的嵌塑硬件。
04 三菱化學(xué)
日本三菱化學(xué)集團(tuán)公司（Mitsubishi Chemical Group Corp.， MCG）擁有多種復(fù)合材料技術(shù)，尤以碳纖維技術(shù)聞名。在熱塑性材料方面，該公司提供的材料包括 ：可注塑的短玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（PP）和超短碳纖維增強(qiáng)工程樹脂、用玻璃纖維或玄武巖纖維增強(qiáng)PP、PA6 或PA6/6 的可壓塑GMT/有機(jī)片材、采用新型干浸漬技術(shù)生產(chǎn)的碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料等。在熱固性材料方面，該公司生產(chǎn)碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維和混合纖維單向帶、機(jī)織物、預(yù)浸料以及碳纖維SMC（CF-SMC）和開纖CF-SMC。
該公司的許多材料用于全球電動(dòng)汽車的復(fù)合材料蓄電池箱，包括其GMT（玻纖氈增強(qiáng)熱塑性塑料片材）和GMTex材料，這些材料已用于日本和歐洲的電動(dòng)汽車。
研發(fā)能夠承受熱失控條件的材料是該公司的一個(gè)重點(diǎn)。相關(guān)人士說(shuō) ：“在熱失控情況下，電池箱蓋占據(jù)中心位置，因?yàn)樗潜Ｗo(hù)乘客的關(guān)鍵。”“電池箱必須保持很高的結(jié)構(gòu)性能，以抵抗沖擊載荷并防止電池?fù)p壞，以防熱失控。如果發(fā)生熱失控，電池箱蓋必須能夠耐受高溫（通常超過(guò) 800 ℃）以及電池?fù)p壞產(chǎn)生的顆粒和動(dòng)能。我們不僅充分表征現(xiàn)有材料，而且還在開發(fā)新的多功能材料，以抵御熱失控，例如用于蓄電池箱的新型阻燃熱塑性復(fù)合材料，可耐受 1000 ℃火焰 5 min以上。”
電動(dòng)汽車中復(fù)合材料蓄電池箱的材料選擇 續(xù)
來(lái)源：玻璃纖維
