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碳纤维复合材料电池箱应用实例分析 返回行业资讯

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随着汽车轻量化进程的发展,碳纤维复合材料在汽车特别是新能源车中的应用也越来越多。在汽车各部分的结构件中,使用碳纤维复合材料为原材料的电池箱体比较受欢迎,但是碳纤维复合材料的电池箱体的设计制造也比较复杂,电池箱体的结构、重量、耐高温能力、化学性能、力学性能都是在制造时要考虑的因素。目前,大型电动车辆的箱体材料多采用钢板焊接组合而成,但小型电动车一般采取底盘悬挂式电池包,因此对整车质量尤其电池包的质量要求非常高,因此需要采用碳纤维复合材料这类质量轻、强度高的电池箱体来分担对电池包的质量压力。下面就以无锡威盛新材料科技有限公司生产的一款用于小型电动汽车的碳纤维电池箱体为例进行案例分析。

碳纤维复合材料电池箱应用实例分析

碳纤维复合材料电池箱体的力学性能:
动力电池箱体首先是个承载体,需要能承受住整个电池包的重量,小型纯电动车的电池包总重量大多在150kg—200kg,动力电池箱体在承受这些重量的同时,必须要尽量减轻自重,否则还是会增加整车重量,不利于车辆的节能环保。在这种情况下,碳纤维复合材料比传统的钣金件呈现出以下两方面的特点:

一是碳纤维的密度只有1.7g/cm3,抗拉强度在1700MPa以上,密度是钢的五分之一,强度却能达到钢的数倍,与铝合金相比也能减重达30%以上。以无锡威盛新材料科技有限公司的这款碳纤维电池箱体为例,整个电池箱体容积约为35L,壁厚2mm,但重量仅为2.7kg,与传统钢结构材料制作的电池箱体相比大约能减重80%,在强度和荷载力上仍能达到甚至是远超过原有的技术要求。因此,从轻量化和强度的角度说,碳纤维复合材料拥有取代传统钣金件的绝对优势。

碳纤维复合材料电池箱应用实例分析

二是使用碳纤维复合材料制作动力电池箱体的过程中,碳纤维复合材料具备可设计性,不同的铺层方式具有不同的荷载力,例如,在点应力状态,角度为0°的铺层对应正应力,角度为±45°的铺层对应剪应力,角度为90°的铺层是用来保证在复合材料制件的径向上有足够的正压力。不同的角度取向能够根据所承担荷载的类型来选择,能最大程度地利用纤维在轴向上的高性能,这种可调整变化的荷载应对性使得碳纤维复合材料的应用更加灵活。

碳纤维复合材料电池箱体的安全性能:
由于动力电池箱体对于对电池组安全工作和防护起着关键作用,因此,相对于车体的其他部位产品而言,其对于防撞、防水、防火、防尘等方面的要求尤为严苛。因为小型电动车辆的电池箱一般都是安装在车体的下部,而车体下部的运行环境比较恶劣,箱体的材质必须有能力做到防水防尘以及抵御道路环境对它的侵蚀,电池箱体必须密封防水,防止进水导致电路短路。在车辆运行过程中电池受到的冲击和振动也比较大,纯电动汽车动力电池组输出电压高达200伏以上,电池箱体除保障容纳电池外,还必须有效隔绝操作人员和乘客与电池的接触,电池箱体防护等级要求达到IP67。

碳纤维复合材料电池箱应用实例分析

针对以上几个方面的要求,碳纤维复合材料有着出色的表现:首先,碳纤维材料比模量非常高,对酸碱盐的等化学物质也有很好耐受能力,不用担心腐蚀、生锈等问题;其次碳纤维的抗冲击吸振能力强,在遇到撞击时,它的能量吸收率是钢的3-5倍,因此安全性更高。无锡威盛新材料科技有限公司还针对动力电池箱体的特殊要求,在复合材料中使用了阻燃技术,在电池箱体发生意外燃烧情况下,能使电池箱与车身乘客区域阻燃隔离,有效保障车内乘客的人身安全。

碳纤维复合材料电池箱应用实例分析

虽然目前的碳纤维动力电池箱体的价格比钣金件动力电池箱体的价格略高,但是随着动力电池箱体型号逐渐的标准化,以及碳纤维复合材料生产技术的日渐成熟,碳纤维动力电池箱体的成本在规模化生产的基础上有望走低。面对新能源汽车市场化的节奏加快和轻量化发展的大趋势,对碳纤维动力电池箱体的需求将会出现一轮爆发性的需求增长。

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