Akkupack und Akkugehäuse
Der Batteriesatz ist eine komplette Einheit, die aus mehreren Batteriemodulen zusammengesetzt ist und für die Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie ausgelegt ist. Er ist eine übergeordnete Komponente des Batteriesystems und besteht in der Regel aus mehreren Batteriemodulen, Anschlüssen, einem Batteriemanagementsystem, einem Kühlsystem, elektrischen Schnittstellen und einem Gehäuse.
Das Batteriegehäuse ist die wichtigste Strukturkomponente des Batteriesatzes. Nur wenn das Gehäuse sowohl in statischer als auch in dynamischer Hinsicht stabil ist (z. B. Steifigkeit, modale Eigenschaften usw.), kann es sicherstellen, dass die Leistungsbatterie unter normalen Bedingungen funktioniert und das Stromversorgungssystem reibungslos funktioniert. Die Hauptfunktion des Batteriegehäuses besteht darin, die Komponenten des Strombatteriesystems zu stützen, z. B. Batteriemodule, elektrische Module, Kühlmodule usw. Darüber hinaus dient es dem Schutz der Batterie und des elektrischen Systems vor Beschädigungen im Falle von externen Kollisionen oder Druck.
Warum ist es notwendig, die Batterie leicht zu machen?
Der Leichtbau ist eine wirksame Technologie zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung. Die weltweiten Richtlinien der Automobilindustrie in Bezug auf Energieeffizienz und Emissionen werden immer strenger, da sich der Kraftstoffverbrauch und die Emissionsnormen ständig weiterentwickeln. Die Leichtbautechnologie ist ein entscheidender Weg zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Verringerung der Emissionen von Kraftfahrzeugen, da sie eine Gewichtsreduzierung ermöglicht und gleichzeitig die Anforderungen an Sicherheit und Kostenkontrolle erfüllt. Gleichzeitig kann durch die Reduzierung des Fahrzeuggewichts die Belastung des Antriebssystems verringert, die Leistung des Fahrzeugs verbessert, der Bremsweg verkürzt und die Fahrstabilität erhöht werden.
Leichtbau ist für die Kostenkontrolle bei Fahrzeugen mit neuer Energie von Vorteil, insbesondere bei reinen Elektrofahrzeugen, bei denen das Batteriepaket erheblich zum Gesamtgewicht beiträgt, was zu einem höheren Gewicht im Vergleich zu entsprechenden Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff führt. Das Tesla Model 3 mit einer Reichweite von 556 km hat ein Leergewicht von 1761 kg, und das 60 kWh-Batteriepaket wiegt 480 kg. Bei einem Preis von 800 Yuan pro kWh für das Batteriepaket würden sich die Batteriekosten auf 48.000 Yuan belaufen. Durch die Gewichtsreduzierung wird der Energieverbrauch gesenkt, so dass für die gleiche Reichweite weniger Energie benötigt wird, was wiederum zu einer Verringerung des Gewichts und der Kosten des Akkupakets führt.
Wie wird das Batteriegehäuse leicht gemacht?
Verwendung von Verbundwerkstoffen zur Gewichtsreduzierung des Batteriegehäuses
Verbundwerkstoffe entstehen, indem zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften durch physikalische oder chemische Verfahren miteinander vermischt werden, so dass ein Material mit neuen Eigenschaften auf makroskopischer Ebene entsteht. Die verschiedenen Materialien ergänzen sich in ihrer Leistung und erzeugen einen Synergieeffekt, der die Gesamteigenschaften des Verbundwerkstoffs über die seiner Einzelkomponenten hinaus verbessert und eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen erfüllt.
Mit der Entwicklung der Energieeffizienz, der Umweltfreundlichkeit und des Leichtbaus in der Automobilindustrie sind verschiedene leichte Materialien für Batteriegehäuse aufgetaucht, darunter glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe, kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe und PC-Langfaser-verstärkte thermoplastische Materialien.
SMC-Verbundwerkstoff
Sheet Molding Compound (SMC) ist ein plattenförmiges, geformtes Kunststoffmaterial, das ungesättigtes Polyesterharz als Bindemittel verwendet und Glasfasern, Füllstoffe, Pigmente und andere Additive enthält. Es wird hergestellt, indem Glasfasergarne imprägniert und beidseitig mit einem dünnen Film überzogen werden, wodurch ein ungesättigter Polyester-Glasfaser-Verbundwerkstoff entsteht. SMC-Werkstoffe bieten im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen die folgenden Vorteile:
1. Hohe spezifische Festigkeit, hoher spezifischer Elastizitätsmodul.
2. Geringe Wärmeleitfähigkeit, kleiner Ausdehnungskoeffizient, Formstabilität.
3. chemische Korrosionsbeständigkeit, rostet nicht.
4. gute Stoßdämpfung, Stoßfestigkeit und geringe Resonanz.
5. die Isolierleistung ist besser als die von metallischen Materialien.
6. flammhemmende Leistung kann V0 Ebene zu erreichen.
7. hohe Designflexibilität (kann durch strukturelle Optimierung als Ganzes geformt werden, was die sekundäre Montage reduziert).
Kohlenstofffaserverstärktes Verbundmaterial
Kohlefaserverbundwerkstoffe sind zu einer idealen Alternative zu herkömmlichen Metallwerkstoffen für Batteriegehäuse geworden. Im Vergleich zu Metallwerkstoffen hat Kohlefaser eine Dichte von etwa 1,7 g/cm³. Mit einer Zugfestigkeit von 3000 MPa und einem Elastizitätsmodul von 230 GPa ist sie leicht, hochfest, widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen, Reibung und seismische Kräfte und hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
PC+LFT-D Langfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoff
Das hervorragende Flammschutzverhalten, die Dimensionsstabilität und die mechanischen Eigenschaften des PC-Materials in Verbindung mit der hohen Retentionsrate der Langfasern im LFT-D-Verfahren erfüllen perfekt die Anwendungsanforderungen für Gehäuse von Batteriepacks. Das Material zeichnet sich durch guten Flammschutz, hohe Steifigkeit, hohe Zähigkeit und eine geringere Wahrscheinlichkeit der Rissbildung aus, was eine festere Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuse ermöglicht und die Luftdichtigkeit des Batteriepacks über längere Zeiträume hinweg verbessert.
Verwendung von Aluminium zur Gewichtsreduzierung des Akkugehäuses
Das Walzen von Aluminiumblechen, das Strangpressen von Aluminiumprofilen und das Gießen von Aluminium, drei verschiedene Arten von Aluminiumwerkstoffen, haben sich bei verschiedenen Batteriepack-Projekten durchgesetzt und sind zum wichtigsten technologischen Ansatz für Gehäuse von Strombatteriesystemen geworden. Aluminiumdruckguss wird in großem Umfang bei kleinen Batteriegehäusen, z. B. für Hybridfahrzeuge, verwendet, während bei großen Batteriegehäusen hauptsächlich Schweißkonstruktionen mit Aluminiumprofilen und Aluminiumblechen zum Einsatz kommen.
1. hervorragende Leichtbaueffekte
Die Dichte von Stahl beträgt 7,8, während Aluminium eine Dichte von 2,7 hat. Bei herkömmlichen Automobilen macht die Karosserie etwa 30-40% des Gesamtgewichts aus. Der Ersatz von normalem Stahl durch hochfesten Stahl kann das Gewicht um etwa 11% reduzieren, während die Verwendung von Aluminiumlegierungen zu einer Gewichtsreduzierung von etwa 40% führen kann. Eine Aluminiumlegierung kann in einem Fahrzeug mit einem Gewicht von über 500 kg verwendet werden, was zu einer Gesamtgewichtsreduzierung von etwa 40% führt.
2. die Steigerung der Körperkraft zur Erhöhung der Sicherheit
In Bezug auf die absolute Festigkeit ist die Aluminiumlegierung dem Stahl leicht unterlegen, aber ihre geringere Dichte verschafft ihr einen größeren Vorteil. Bei Materialien mit gleicher Festigkeit beträgt das Dickenverhältnis zwischen Stahl und Aluminiumlegierung 1:1,4, während das Gewichtsverhältnis nur 1:0,5 beträgt. Das bedeutet, dass eine Aluminiumlegierung die gleiche Festigkeit bei nur halbem Gewicht erreichen kann.
3. die Manövrierfähigkeit zu verbessern
Leichtbau reduziert die Trägheit des Fahrzeugs, erhöht das Leistungsgewicht und steigert die Leistung bei gleichem Leistungsniveau erheblich. Durch die Verbesserung der Steifigkeit und Verwindungssteifigkeit der Karosserie kommt dies einer Verstärkung der Karosserie mit verstärkten Stäben gleich, wodurch mehr Raum für die Fahrwerksabstimmung zur Verfügung steht und die Grenzwerte des Fahrzeugs erhöht werden. Darüber hinaus werden bei Modellen mit Vollaluminium-Karosserie in der Regel einige Optimierungen an Fahrwerk und Aufhängung vorgenommen.
4. außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit
Aluminium selbst ist nicht stabil und neigt zur Oxidation. Die Oxidation von Aluminium führt jedoch zur Bildung einer dichten Oxidschicht auf der Oberfläche, die sich fest mit dem Substrat verbindet. Diese hohe Stabilität ermöglicht die Bildung einer dichten Schutzschicht über der Aluminiumbasis. Außerdem kann sich diese Schutzschicht unter feuchten atmosphärischen Bedingungen verdicken.
5. verbesserte Duktilität
Aluminiumlegierungen können extrem schöne Kurven für Autokarosserien formen, wie man an den Aluminiumkarosserien des Jaguar C-Type, D-Type und des ikonischen "schönsten Autos", des E-Type, sehen kann. Auch heute noch sind diese Designs ästhetisch ansprechend. Die fließenden und konvexen Kurven dieses Designs, die seinerzeit mit Stahl nur schwer zu erreichen waren, bestechen immer noch durch ihre Eleganz.
Angesichts der rasanten Entwicklung aufstrebender Märkte, wie z. B. der globalen neuen Energiefahrzeuge, der Energiespeicherung, der Rechenzentren und der Hochleistungsrechner, ist die Herstellung eines Gleichgewichts zwischen Energiesicherheit, stabilem Betrieb und Kosteneffizienz zu einer dringenden Überlebensfrage für die Hersteller von Batteriepacks geworden.
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