在电动汽车中,动力电池组的重量约占整车的30%。汽车的轻量化和对动力电池系统能量密度的无止境追求,都要求电池组结构的轻量化设计。在电池组系统中,盒子是..的结构件,重量..,因此可以提高能量密度。在结构优化和再优化的前提下,使用新材料是电池盒轻量化的根本途径。暂且不说成本,新生事物小批量的成本比较高,这是后面需要解决的问题,而不是阻止大家考虑其应用可能性的理由。
从整车获得的经验来看,汽车中被认为是钢材替代品的新材料有:铝合金、镁合金、碳纤维复合材料。..,铝合金是三种材料中技术..成熟的。目前车身很大一部分可以用铝制成,比如热交换器、车轮、车身,铝合金可以达到很好的减重效果。
1 铝合金的类型和性能:
铝是地壳中含量..丰富的金属元素,约占8。13%. 铝的原子序数为13,原子量为27,熔点为660℃,密度为2.7g/cm^3. 铝合金结构件的实际密度根据加工方式的不同,变化范围很小,压铸约为2.6-2.63g/cm3,挤压约为2.68-2.7g/cm3,锻造约为2.69-2.72g/cm3。
网上查到的典型铝合金板材的力学参数,典型的6系铝板,抗拉强度310MPa,屈服强度276MPa;系列5的力学性能参数低于系列6,系列7的力学性能参数高于系列6。普通钢Q235特征参数,抗拉强度375-500MPa,屈服强度235MPa。与钢和铝相比,铝的抗拉强度和屈服强度略低。
2 铝合金的种类:
2.1 铸造铝合金的应用
铸造铝合金在汽车制造中应用广泛,可根据不同的汽车生产需要提供不同的铸造方法。在..初的市场上,铸造铝合金主要用于发动机、车轮和防撞梁。铸造铝合金电池组盒有着悠久的使用历史。而原来的主流产品都是采用传统的铸造方式,箱体表面粗糙,精度低,形状简单,箱体壁厚不能太薄。
2.2 变形铝合金的应用
与铸造铝合金相比,变形铝合金具有更大的随机性和强度优势,合金含量相对较低,因此一般用于汽车装饰件、结构件、散热系统和车身板件。变形铝合金包含一系列铝合金板材,其中强度高、可焊性好的板材已被用于制造电池组盒和模块。
2.3 铝基复合材料的应用:
这种铝合金材料具有良好的尺寸稳定性、低密度和高强度,并能在汽车生产和应用中产生抗疲劳和抗断裂的优点。
3 典型铝合金箱体加工工艺
大型铝合金箱体的成形工艺主要包括铸造和焊接。其中可以实现精密铸造(或称净尺寸铸造,即铸件的内腔和形状往往需要一次成型,使其形状接近零件或部件的..终形状,很少或不需要机械加工),主要有反重力铸造、熔模铸造和石膏铸造三种。
3.1 铸造
铸造一直是批量制造铝合金箱体的主要工艺方法,当净尺寸铸造得到广泛应用以后,铸造更是大尺寸零件加工的福音。
反重力铸造:利用外压使合金液沿与重力相反的方向自下而上充填凝固的一种铸造方法。反重力铸造工艺的主要特点是充填稳定、充填速度可控、温度场分布合理、带压凝固、有利于铸件凝固和补缩。反重力铸造铸件机械性能好,组织致密,铸造缺陷少。
根据工艺流程的不同,反重力铸造可分为低压铸造、差压铸造和调压铸造。第二次..大战期间,发明了低压铸造技术,用于制造飞机风冷发动机的缸体铸件。在低压铸造的基础上,开发了具有低压铸造和压力釜铸造特点的差压铸造工艺,用于制造大型复杂薄壁零件。在差压铸造的基础上,开发了调压铸造工艺。调压铸造和差压铸造..的区别是既能控制正压,又能控制负压,同时对控制系统的控制精度要求更高。
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