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浅析一种新型电动汽车电池PACK箱体设计制造工艺

作为起到承载以及保护电池模组和各种电气器件作用的电动汽车电池PACK箱体,目前,业内关于PACK箱体的制造工艺主要集中在以下几个方向:SMC模压成型,冷轧钢板冲压钣金工艺,铝合金铸造成型工艺和铝合金型材挤出拼焊工艺。

由于铝合金质量轻,有良的加工成型能力和良好的焊接性,且铝合金熔点低,可以再回收利用,目前业内很多电池PACK的制造商更倾向于采用铝合金型材挤出加拼焊工艺,来制造电池PACK 箱体。

新能源汽车动力电池

目前纯电动车的设计基本上参照特斯拉的做法,直接将电池PACK设计成滑板式,将电池PACK置于车身地板梁架上。

因此当车辆发生正面,侧面,后面碰撞时,电池PACK箱体为了有效的起到保护箱体内部电子器件的安全和增加车身刚度以及碰撞安全的作用,电池PACK箱体的设计结构均采用桁架式结构,同时为了避免出现大的变形,通常在箱体内部设置贯通的纵梁和横梁,以形成通畅的冲击力传递路径(如下图蔚来ES8的电池PACK箱体结构)。

蔚来ES8的电池PACK箱体结构

因此,在电池PACK箱体的实际制造过程中,需要将横梁,纵梁,箱体的4个侧围,底板四者之间相互进行拼接,目前业界内基本上采用焊接工艺进行拼接。

然后焊接工艺存在不少缺点,比如焊接容易产生气孔,容易产生缺陷和裂纹,且焊接产生的形变和残余应力无法完全消除,因此造成材料性能的下降,尤其是箱体周边各个角落的焊接,上述问题尤为突出。

针对上述铝合金型材挤出拼焊的上述问题,笔者注意到目前国内外均有公司已提出相关解决方案。

国内以爱驰汽车为例,国外以德国的Krichhoff公司为例

爱驰汽车针对提出的解决方案已申请专利:

专利公布号:CN 108461685 A

专利中提到:四个侧围,和横梁首先均采用FDF工艺固定在箱体的底板上,然后通过密封结构胶和底板辅助连接,形成完整的具有高密封和高强度的箱体结构。

具有高密封和高强度的箱体结构

在PACK箱体的四个角落,专利中提到采用L形支架,用螺栓或者铆接工艺进行连接。

在PACK箱体的四个角落

箱体横梁与侧围(长边)的连接,用螺栓或者铆接加涂胶工艺,进行固定。

箱体横梁与侧围(长边)的连接

巧的是,无独有偶,德国的Krichhoff公司也用了类似的制造工艺来开发PACK箱体,同时也申请了相关专利。

专利链接地址:https://patentscope2.wipo.int/search/zh/detail.jsf?docId=WO2018082897。有兴趣的朋友可以看看,不过是德语,需要借助google翻译。

Krichhoff官网上PACK箱体图片

Krichhoff官网上PACK箱体图片

坦率的讲,笔者第一反应以为是爱驰汽车看了Krichhoff的专利,才有的想法,但是笔者仔细查阅了下,Krichhoff的专利公布日是2018年5月11日,爱驰汽车的专利申请日是2018年4月13日,因此基本上爱驰汽车没有参考Krichhoff专利的可能性。

Krichhoff

德国Krichhoff 集团的历史要追溯到1785年在德国Iserlohn生产缝纫针的Stephan Witte公司,目前在全球11个国家有30家工厂,其汽车板块的业务主要是汽车白车身以及底盘的金属结构件。近两年,Krichhoff 也开始从事电动汽车的相关零件开发和制造。

上述提到的电池PACK箱体,Krichhoff 在2018年9月德国的汉诺威IAA展上,进行了首秀。

Krichhoff PACK箱体实物图片

Krichhoff PACK箱体实物图片

从照片上横梁与箱体底板的连接螺栓头型看,基本上可以断定是FDF工艺。螺栓头型极其类似BMW i3 PACK上盖与箱体连接的螺栓头型(见下图,笔者在慕尼黑BMW博物馆所拍)

笔者在慕尼黑BMW博物馆所拍

其实,上述提到的FDF工艺和涂胶工艺,其实在传统的白车身及其他车身结构件上早有应用,并不是全新的工艺。笔者在之前的文章《动力电池制造过程中的两种新型连接技术》中有详细介绍过FDF。只不过是爱驰汽车和Krichhoff将这种技术敢为人先的应用在了电池PACK箱体上。

笔者认为这种技术在电池PACK箱体上的应用不仅仅可以避免因传统焊接技术带来的材料性能的降低,同时该技术的应用使得PACK箱体变得可拆卸,可循环使用,这样可以利好于一些结构设计。比如有利于纯电动车PACK箱体集成式口琴冷却管的更换和后期维护。

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责任编辑:huangsilin

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