#标签#汽车,自动化,材料,测试#
电动汽车正在成为依赖内燃机传统汽车的强烈竞争对手。 近几年电动汽车的成功应用离不开电池技术的迭代演进。不管是自行车、乘用车还是公共汽车，持续锂离子电池成本降低和性能改进也在推动传统电池包设计可能性。 在本次报告中，科思创的市场经理范刚先生探索了如何透过材料与结构设计来提供不同类型的动力电池封装方式和价值的最大化。 科思创的阻燃聚碳酸酯不仅能促进电池包满足相关行业法规要求，实现轻量化、模块化设计，并有效地对电池热管理做出贡献。
动力电池包的封装设计对确保储能系统的安全与可靠运行方面发挥着至关重要的作用。 全球主要国家发展组织已经制定各种动力电池应用的安全标准，规范和法规。重大的挑战包括安全性，成本，性能与对环境影响，透过测试可评估电池，模块和封装材料的安全性能。测试条件 (见图1) 包括电池滥用，运输，搬运，储存，回收，碰撞，部件入侵和电击。绝大部分的要求对于电池设计者而言并不陌生。 在过去汽车和电子产品的设计人员通过选择正确的材料已成功地解决了类似的挑战。例如，在过去二十年里，容纳锂离子电池的阻燃，耐冲击的聚碳酸酯外壳已经成功地用于电子设备，如笔记本电脑。
图1
聚碳酸酯在电池需要满足的测试当中体现了巨大的优势， 作为强度高，韧性极佳的工程塑料 (见图2)，可促进电池包在经历严苛的物理测试 (例如: 振动，冲击，撞击)时不出现结构损伤、破裂、解体等问题。 此外，动力电池包作为一种高电压能量载体， 阻燃聚碳酸酯可为短路或外部点火源引发的火灾蔓延提供了额外的安全防护，有助于降低危及财产和生命等灾难性事件的可能性。
图2
尽管电池封装材料不能直接决定电池在能量和功率方面的性能，但正确设计的结构和外壳可确保有效利用空间，防止损坏和充分的热管理。所有这些因素将最终影响电池的使用性、能量密度、安全性和生命周期。其中电池热管理是个关键，电池的性能与使用寿命与电池长期处在温度有极大的关系。整车厂或者电池包厂为了控制电池在使用过程中不管是充电还是放电所产生的发热量，或者是在低温环境下，都会需要用到热管理来使电池在设计的温度范围内工作。一般而言，热管理结构如果用金属来做相对来说比较复杂，重量较重，而如果用塑料材质来做，就会有很大的弹性和可能性。在下列范例中，科思创根据不同的电池包热管理设计需求提供了相应的解决方案。
a
图3展示了用于轻型电动车辆 (例如: 电动自行车，脚踏车或踏板车) 的电池包的典型设计。 通常他们集成了电池管理系统和外部连接器使其直接用于充电或换电。电池包的内部结构由于需要提供电芯的支撑与精密的结构需要透过精密注塑成型得以实现。 外壳实现了机械接口、耐高低温、防止撞击，防尘和入侵等功能。 此外，这个外壳应该是美观的、符合人体工程学，并提供电动车厂家的品牌辨识。为了符合UL的材料阻燃要求，外壳应该至少满足 UL 94 V-0 的阻燃等级。对此，科思创的Bayblend FR3010 则很好的满足的以上要求。
图3
b
而在热管理方面，因为塑料本身的热导性也不是特别的好，除非是做一些导热填料的改性，但这对材料的机械性能有负面的影响。如果我们不希望这样做的话，我另一种做法是结合金属的导热性与塑料的好成型性并利用嵌件注塑工艺来实现。这时，我们则需要一款与金属热膨胀系数相近的材料 (例如: Makroblend EL4000）。使用这款材料能使结构的强度与刚性有明显的提高。
图4
c
目前行业内标杆的做法是特斯拉电池包的金属蛇形管。但该做法的缺点是金属蛇形管的制造工艺相对复杂，绝缘成本高，较不适合大批量的生产，特别是国内许多电动车或是电池包的定位处于中低端的车型。科思创提出将冷却流道集成在在塑料模组或外壳上(见图4)，消除导电的金属蛇形管，藉此减少结构复杂性，提高绝缘性，减少零件数量、并降低成本。 这个概念关键在与冷却效果是否可满足要求。 对此，科思创工程团队已进行过相关的热模拟和实际测试证明该方案可以实现令人满意的冷却效果。同样的设计思路适用于其它的电芯格式(见图5)。从材料角度而言，该方案的关键在于使用的封装材料长期接触的模组材料对冷却液长期的抵抗力，进而确保电池包的使用寿命。对此，科思创透过加速老化佐证的第四代Bayblend TP4065 可长期接触冷却液有效的控制材料力学性能可符合此应用需求。
图5
综合上面所述的所有情况，科思创是一家材料、原料、改性材料的供应商。同在上海有一个强大的应用开发团队，将创新的想法落实，包括概念设计、部件机构设计。 在电池领域用CAE、CFD去模拟电池在使用过程中会发生什么样的情况，进而去改进设计来达到客户想要的效果。同时，科思创可以提供前期的技术支援，比如利用3D打印技术来原型样品，除了可提供直观的产品外，也可针对性的做功能测试来验证设计可行性。
图6
A
B
视频：
推荐阅读：
汽车非金属材料技术与应用峰会
(2017年9月9日·重庆 )
Automotive Non-metals Materials TechnologyandApplication Forum
September 9, 2017, Chongqing
会议时间：2017年9月9日
Time: September 9, 2017
会议地点：重庆（重庆保利花园皇冠假日酒店位于重庆北部新区经开园龙怀街1号）
Conference address: Crowne Plaza Chongqing New North Zone
No.1 Longhuai Street Economic & Technological DevPark New North Zone, Chongqing
本次主题：低VOCs低气味材料、新能源汽车塑料、汽车轻量化
主要议题（暂定）
|
重庆汽车发展近年概况以及中国西部（重庆）塑料生态产业园介绍 |
重庆市梁平县招商局（待定） |
|
新形势下，汽车工程塑料的发展以及趋势 |
兰蒂奇工程塑料（苏州）有限公司 祈源 |
|
会通超低散发材料介绍 |
合肥会通新材料有限公司 |
|
车内空气质量最新的环保法规以及解决方案 |
国家室内环境与室内环保产品质量监督检验中心 宋广生 |
|
TPV在汽车轻量化和低气味扮演的角色 |
中广核三角洲集团(苏州)特威塑胶有限公司 徐红岩 |
|
抗菌绿色塑料在汽车中的应用 |
待定 |
|
NVH材料在汽车上的应用（非金属材料为主） |
重庆威棣汽车部件有限公司 黄义 |
|
设计角度看内外饰非金属材料选择 |
待定 |
|
新能源汽车塑料要求及选择 |
待定 |
长按二维码即可在线报名
联系方式：
添加我微信：18312560351，18666186648（微信电话同号），咨询论坛听众报名及赞助、主讲等事项。
点击阅读原文自助登记
始发于微信公众号：艾邦高分子