據為全球汽車(chē)行業(yè)服務(wù)的網(wǎng)站W(wǎng)ardsAuto.com報道，2022年3月全球交付的汽車(chē)中，近四分之一是電動(dòng)汽車(chē)。盡管存在疫情影響、面臨供應鏈挑戰、缺乏充足的充電基礎?設施以及消費者不愿意接受混合動(dòng)力和蓄電池電動(dòng)汽車(chē)等不利因素，汽車(chē)電動(dòng)化的步伐仍在加快。上述消費者的態(tài)度是由于較高的標價(jià)、對行駛里程的擔憂(yōu)以及充電方面的問(wèn)題。盡管如此，電動(dòng)汽車(chē)在全球新乘用車(chē)銷(xiāo)量中的占比從2019年的2.5%增長(cháng)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(chē)電池系統的箱體需要平衡一些復雜的要求。首先，它們必須提供長(cháng)期的力學(xué)性能，包括扭轉、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)，箱體必須保護電池系統，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(chē)電池系統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行范圍內。在發(fā)生火災時(shí)，它們還必須盡可能長(cháng)時(shí)間地保持電池組不接觸火焰，同時(shí)保護車(chē)輛乘員免受電池組內部熱失控產(chǎn)生的熱量和火焰的影響。此外，還存在重量對行駛里程的影響、電池堆疊公差對安裝空間的影響、制造成本、可維護性和使用期滿(mǎn)的回收等諸多挑戰。以下是幾家材料供應商如何應對這些挑戰的概況。
01 英力士
作為多種樹(shù)脂和添加劑的長(cháng)期供應商，美國英力士復合材料公司（INEOS Composites US LLC）的材料自2011年起就用于北美洲混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的SMC（片狀模塑料）蓄電池箱蓋中，并在中國市場(chǎng)中供多個(gè)平臺的蓄電池箱蓋使用。
英力士復合材料運輸市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Dan Dowdall解釋說(shuō) ：“原始設備制造商正在為電動(dòng)汽車(chē)蓄電池箱快速開(kāi)發(fā)更精細的性能和材料規范，其中大多數涉及阻燃要求或碰撞保護。”“為了應對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(shù)脂體系Arotran 2502，專(zhuān)為SMC蓄電池箱體而設計。該樹(shù)脂具有高強度和高耐熱性。其在復合過(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到優(yōu)異強度和剛度，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，可填充復雜的制件輪廓，從而實(shí)現更好的零件集成，使電池組的體積效率更高。”
該公司報告說(shuō)，使用新材料的SMC在2.0mm的厚度下通過(guò)了UL94 5VA測試，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在其他火焰試驗中也表現良好。在熱重分析（TGA）測試中，Arotran 2502 樹(shù)脂比傳統的不飽和聚酯和乙烯基酯樹(shù)脂能更好地抵抗熱降解。即使在要求苛刻的UL箱熱失控試驗中，用Arotran 2502制造的SMC也顯示出非常好的結果。據說(shuō)正在進(jìn)行的工作重點(diǎn)是改善加工、成本、性能和可持續性。
Dowdall補充說(shuō)：“對于電動(dòng)汽車(chē)蓄電池箱體，一個(gè)重要的研發(fā)目標是用于特制預制體的樹(shù)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(mǎn)足箱體不斷發(fā)展的電子屏蔽要求。”
02 佳斯邁威
美國佳斯邁威公司（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酰胺制造品名為Neomera的聚酰胺 6（PA6）基有機片材。最初的有機片材產(chǎn)品是用玻璃纖維機織物和無(wú)屈曲織物增強，但據說(shuō)其他類(lèi)型的織物甚至較長(cháng)的短切纖維（玻璃纖維或碳纖維或兩者兼用）也在開(kāi)發(fā)之中，并即將推出。
用己內酰胺單體而不用完全聚合的PA6 聚合物浸漬增強材料的好處是粘度低得多，因此有機片材具有優(yōu)異的纖維浸透性和更高的纖維體積分數。這使復合材料制件獲得更高的剛度、強度和抗沖擊性。據報道，由于玻璃纖維/PA6 復合材料的韌性，該材料被用于多種汽車(chē)用途，包括蓄電池箱體。
據介紹，佳斯邁威一直在與德國Forward工程公司的美國辦事處合作。Forward工程公司是一家全球性運輸設計和工程咨詢(xún)公司，在設計和檢測蓄電池箱體方面具有專(zhuān)長(cháng)。它對佳斯邁威的全熱塑性復合材料箱體設計進(jìn)行了全面的機械和碰撞模擬。
Forward工程公司北美區總經(jīng)理Adam Halsband說(shuō) ：“在過(guò)去四年中，我們看到對我們的高電壓蓄電池箱體開(kāi)發(fā)的需求急劇增加。”“早期我們的工作重點(diǎn)是復合材料密集結構的設計和模擬，目標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。”
03 朗盛
德國朗盛公司（Lanxess AG）生產(chǎn)多種形式的熱塑性復合材料：短纖維增強熱塑性塑料粒料、織物或單向玻璃纖維或碳纖維增強有機片材。去年年底朗盛宣布與汽車(chē)行業(yè)供應商Kautex Textron 公司合作，探索使用熱塑性復合材料替代大型電動(dòng)汽車(chē)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合材料電池箱體技術(shù)示范品，而且將預測性能與近批量生產(chǎn)部件的測量結果進(jìn)行比較，驗證了該技術(shù)。
合作目標是展示一種中型轎車(chē)之1400 x 1400mm電池箱體用的復合材料在減少質(zhì)量、降低成本、集成功能和電氣絕緣方面的優(yōu)勢。該系統包括與防撞結構和車(chē)底護板相連的蓄電池底盤(pán)和蓄電池蓋子。部件由Durethan B24CHM2.0品牌長(cháng)玻璃纖維直接增強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，成本具有競爭力。底盤(pán)的防撞結構采用Tepex dynalite品牌連續玻璃纖維增強PA6局部增強，以滿(mǎn)足此用途非常高的結構要求。據報道，此箱體已通過(guò)ECE R.100外部
防火試驗。
全熱塑性復合材料蓄電池底盤(pán)和蓋子（來(lái)源: Kautex Textron）
合作項目的結果表明：與Kautex生產(chǎn)的商用鋁箱體相比，熱塑性復合材料箱體減少了達15%的質(zhì)量、20%的成本和45%的二氧化碳足跡，同時(shí)提供了結構性能、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)集團公司（Mitsubishi Chemical Group Corp.， MCG）擁有多種復合材料技術(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聚丙烯（PP）和超短碳纖維增強工程樹(shù)脂、用玻璃纖維或玄武巖纖維增強PP、PA6 或PA6/6 的可壓塑GMT/有機片材、采用新型干浸漬技術(shù)生產(chǎn)的碳纖維增強熱塑性塑料等。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、機織物、預浸料以及碳纖維SMC（CF-SMC）和開(kāi)纖CF-SMC。
該公司的許多材料用于全球電動(dòng)汽車(chē)的復合材料蓄電池箱，包括其GMT（玻纖氈增強熱塑性塑料片材）和GMTex材料，這些材料已用于日本和歐洲的電動(dòng)汽車(chē)。
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，電池箱蓋占據中心位置，因為它是保護乘客的關(guān)鍵。”“電池箱必須保持很高的結構性能，以抵抗沖擊載荷并防止電池損壞，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 ℃）以及電池損壞產(chǎn)生的顆粒和動(dòng)能。我們不僅充分表征現有材料，而且還在開(kāi)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合材料，可耐受 1000 ℃火焰 5 min以上。”
電動(dòng)汽車(chē)中復合材料蓄電池箱的材料選擇 續
來(lái)源：玻璃纖維
