#標(biāo)簽#汽車,自動(dòng)化,材料,測(cè)試#
電動(dòng)汽車正在成為依賴內(nèi)燃機(jī)傳統(tǒng)汽車的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。 近幾年電動(dòng)汽車的成功應(yīng)用離不開電池技術(shù)的迭代演進(jìn)。不管是自行車、乘用車還是公共汽車，持續(xù)鋰離子電池成本降低和性能改進(jìn)也在推動(dòng)傳統(tǒng)電池包設(shè)計(jì)可能性。 在本次報(bào)告中，科思創(chuàng)的市場(chǎng)經(jīng)理范剛先生探索了如何透過材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提供不同類型的動(dòng)力電池封裝方式和價(jià)值的最大化。 科思創(chuàng)的阻燃聚碳酸酯不僅能促進(jìn)電池包滿足相關(guān)行業(yè)法規(guī)要求，實(shí)現(xiàn)輕量化、模塊化設(shè)計(jì)，并有效地對(duì)電池?zé)峁芾碜龀鲐暙I(xiàn)。
動(dòng)力電池包的封裝設(shè)計(jì)對(duì)確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全與可靠運(yùn)行方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 全球主要國家發(fā)展組織已經(jīng)制定各種動(dòng)力電池應(yīng)用的安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和法規(guī)。重大的挑戰(zhàn)包括安全性，成本，性能與對(duì)環(huán)境影響，透過測(cè)試可評(píng)估電池，模塊和封裝材料的安全性能。測(cè)試條件 (見圖1) 包括電池濫用，運(yùn)輸，搬運(yùn)，儲(chǔ)存，回收，碰撞，部件入侵和電擊。絕大部分的要求對(duì)于電池設(shè)計(jì)者而言并不陌生。 在過去汽車和電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員通過選擇正確的材料已成功地解決了類似的挑戰(zhàn)。例如，在過去二十年里，容納鋰離子電池的阻燃，耐沖擊的聚碳酸酯外殼已經(jīng)成功地用于電子設(shè)備，如筆記本電腦。
圖1
聚碳酸酯在電池需要滿足的測(cè)試當(dāng)中體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)， 作為強(qiáng)度高，韌性極佳的工程塑料 (見圖2)，可促進(jìn)電池包在經(jīng)歷嚴(yán)苛的物理測(cè)試 (例如: 振動(dòng)，沖擊，撞擊)時(shí)不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷、破裂、解體等問題。 此外，動(dòng)力電池包作為一種高電壓能量載體， 阻燃聚碳酸酯可為短路或外部點(diǎn)火源引發(fā)的火災(zāi)蔓延提供了額外的安全防護(hù)，有助于降低危及財(cái)產(chǎn)和生命等災(zāi)難性事件的可能性。
圖2
盡管電池封裝材料不能直接決定電池在能量和功率方面的性能，但正確設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和外殼可確保有效利用空間，防止損壞和充分的熱管理。所有這些因素將最終影響電池的使用性、能量密度、安全性和生命周期。其中電池?zé)峁芾硎莻€(gè)關(guān)鍵，電池的性能與使用壽命與電池長(zhǎng)期處在溫度有極大的關(guān)系。整車廠或者電池包廠為了控制電池在使用過程中不管是充電還是放電所產(chǎn)生的發(fā)熱量，或者是在低溫環(huán)境下，都會(huì)需要用到熱管理來使電池在設(shè)計(jì)的溫度范圍內(nèi)工作。一般而言，熱管理結(jié)構(gòu)如果用金屬來做相對(duì)來說比較復(fù)雜，重量較重，而如果用塑料材質(zhì)來做，就會(huì)有很大的彈性和可能性。在下列范例中，科思創(chuàng)根據(jù)不同的電池包熱管理設(shè)計(jì)需求提供了相應(yīng)的解決方案。
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圖3展示了用于輕型電動(dòng)車輛 (例如: 電動(dòng)自行車，腳踏車或踏板車) 的電池包的典型設(shè)計(jì)。 通常他們集成了電池管理系統(tǒng)和外部連接器使其直接用于充電或換電。電池包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于需要提供電芯的支撐與精密的結(jié)構(gòu)需要透過精密注塑成型得以實(shí)現(xiàn)。 外殼實(shí)現(xiàn)了機(jī)械接口、耐高低溫、防止撞擊，防塵和入侵等功能。 此外，這個(gè)外殼應(yīng)該是美觀的、符合人體工程學(xué)，并提供電動(dòng)車廠家的品牌辨識(shí)。為了符合UL的材料阻燃要求，外殼應(yīng)該至少滿足 UL 94 V-0 的阻燃等級(jí)。對(duì)此，科思創(chuàng)的Bayblend FR3010 則很好的滿足的以上要求。
圖3
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而在熱管理方面，因?yàn)樗芰媳旧淼臒釋?dǎo)性也不是特別的好，除非是做一些導(dǎo)熱填料的改性，但這對(duì)材料的機(jī)械性能有負(fù)面的影響。如果我們不希望這樣做的話，我另一種做法是結(jié)合金屬的導(dǎo)熱性與塑料的好成型性并利用嵌件注塑工藝來實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，我們則需要一款與金屬熱膨脹系數(shù)相近的材料 (例如: Makroblend EL4000）。使用這款材料能使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛性有明顯的提高。
圖4
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目前行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿的做法是特斯拉電池包的金屬蛇形管。但該做法的缺點(diǎn)是金屬蛇形管的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，絕緣成本高，較不適合大批量的生產(chǎn)，特別是國內(nèi)許多電動(dòng)車或是電池包的定位處于中低端的車型。科思創(chuàng)提出將冷卻流道集成在在塑料模組或外殼上(見圖4)，消除導(dǎo)電的金屬蛇形管，藉此減少結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，提高絕緣性，減少零件數(shù)量、并降低成本。 這個(gè)概念關(guān)鍵在與冷卻效果是否可滿足要求。 對(duì)此，科思創(chuàng)工程團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行過相關(guān)的熱模擬和實(shí)際測(cè)試證明該方案可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的冷卻效果。同樣的設(shè)計(jì)思路適用于其它的電芯格式(見圖5)。從材料角度而言，該方案的關(guān)鍵在于使用的封裝材料長(zhǎng)期接觸的模組材料對(duì)冷卻液長(zhǎng)期的抵抗力，進(jìn)而確保電池包的使用壽命。對(duì)此，科思創(chuàng)透過加速老化佐證的第四代Bayblend TP4065 可長(zhǎng)期接觸冷卻液有效的控制材料力學(xué)性能可符合此應(yīng)用需求。
圖5
綜合上面所述的所有情況，科思創(chuàng)是一家材料、原料、改性材料的供應(yīng)商。同在上海有一個(gè)強(qiáng)大的應(yīng)用開發(fā)團(tuán)隊(duì)，將創(chuàng)新的想法落實(shí)，包括概念設(shè)計(jì)、部件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在電池領(lǐng)域用CAE、CFD去模擬電池在使用過程中會(huì)發(fā)生什么樣的情況，進(jìn)而去改進(jìn)設(shè)計(jì)來達(dá)到客戶想要的效果。同時(shí)，科思創(chuàng)可以提供前期的技術(shù)支援，比如利用3D打印技術(shù)來原型樣品，除了可提供直觀的產(chǎn)品外，也可針對(duì)性的做功能測(cè)試來驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性。
圖6
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視頻：
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會(huì)議時(shí)間：2017年9月9日
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Conference address: Crowne Plaza Chongqing New North Zone
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本次主題：低VOCs低氣味材料、新能源汽車塑料、汽車輕量化
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