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上海环捷新能源汽车销售服务有限公司

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公司资讯

革新型的轻量化开发——轻量化整体解决方案之道

发布日期:2018-04-17

革新型的轻量化开发

轻量化整体解决方案之道


前言

纯电动汽车每减少1Kg,整车就可以少装0.021KWh容量(续航250Km的电池),整备减100Kg,可以增加续航里程10%,节约电池成本约15%-20%。可以说相对于传统燃油车,新能源汽车更迫切地需求轻量化。


2016年12月29日四部委联合出台的《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》正式将补贴标准与电池包 “重量比能量”挂钩:



而2018年客车补贴标准为:



不难看出,补贴迅速退坡,而对于系统比能量的要求则显著提升。要在短时间内提升系统比能量,提升电芯单体能量密度难度较大,所以PACK轻量化成为了最佳选项。


不少开发人员认为PACK轻量化核心就在于电池箱体减重,而电池箱体减重无非就是更换材料,减薄壁厚。于是全铝箱体、SMC复合材料箱体等各种新型箱体方案应接不暇。最终不是比谁更安全,而是比谁更轻……那我们就要思考一个问题:如果是后补贴时代,不再参考系统比能量给予补贴,还会牺牲安全性想尽一切办法做更轻的箱体吗?


合理的PACK轻量化应该从整个系统层面出发,做一体式轻量化设计,目标是配合整车的轻量化,如下图所示:



1

电芯层面:

单体电芯“尽可能”做大。我们看到Tesla电芯由18650切换为21700;方形电芯尺寸也在不断增加,铝壳变薄(镁铝);软包电芯单体也有做大的趋势。


2

模组层面:

标准模组实现一体化设计,集成更多的部件功能。如将热管理、信号采集等高度集成式设计;模组本身结构作为PACK结构的一个构成部分等设计方案。


3

箱体层面:

箱体的拓扑优化和仿真验证先行。在正向开发的初期,利用仿真技术,及早进行结构优化(如拓扑)和设计验证;在开发后期,仿真结合实际测试来确定最终的方案。


4

系统层面:

电池包与底盘一体化设计。在此,主要是避免过度防护,整车应协同实现轻量化,尽量避免传统车底盘改电动车的方向。


由此可见,单纯减重电池箱体对整车的轻量化实际上作用非常有限,电池箱只是整个轻量化方案中的很小的一部分。

以上是从整个轻量化PACK系统性、顶层地来考虑其轻量化方案,除了一体式轻量化设计以外,也必须要突破常见的成型工艺。对于此,利用最新的搅拌摩擦焊技术将给PACK轻量化开发带来了全新的解决思路。



相比于其他的成型工艺技术,搅拌摩擦焊拥有诸多优势,这里不一一累述,重点对以下问题进行探讨:


1

一体式底盘

因为宝马、比亚迪等主流电动车使用,乘用车铝挤搅拌摩擦焊电池箱(托盘)风靡一时,但经过比对,单纯铝挤搅拌摩擦焊电池箱减重优势并不十分明显。其实综合考量是因为这些车企设计了底盘一体式承重电池箱,并不是单纯考虑电池箱体减重,箱体本身作为底盘结构的一部分,所以综合来说整备减重明显,但电池箱可能反而不减重。


2

全铝车身

在全铝车身连接领域,使用搅拌摩擦焊点焊技术可以替代专用铆钉铆接,使得整备质量及制造成本明显下降。


3

一体式电池箱

传统电池包液冷方案需要使用大量独立的水冷板,这无疑增加了系统重量,而铝挤搅拌摩擦焊的应用使得集成水冷板的一体式电池箱成为可能,这将大大减少系统重量,使得系统轻量化水平得到显著提升。


4

轻量化电连接

在PACK及整车电连接领域,因为铜铝搅拌摩擦焊拥有内阻极低、连接强度高等诸多优于传统激光焊接、超声焊接的性能,使得低成本、轻量化的铝排替代铜排成为大趋势。


从以上可以看出,一体式的轻量化设计结合搅拌摩擦焊的应用,能够为电动汽车的轻量化提供一个全新的、切实可行的解决方案。从目前已应用的实际产品案例来看,在实现“轻量”的基础上,也可以达到降本提质的效果。本月4月21日,在苏州科尼普的公司战略转型发布会上,其总经理苗东方将会携数位行业技术专家,对一体式轻量化设计的具体关键技术、以及实施案例经验进行深入探讨和分享。

结语

轻量化是一个系统工程和系统的过程,需要从整车一体式轻量化角度设计和布局,引入虚拟仿真无样件研发过程,使用先进制造工艺和特种装备,结合实际试验验证,协同实现轻量化,最终达到节能降本的目的。单纯从PACK或电池箱体减重来思考轻量化,显得过于片面,难免陷入“难以再降”的困境,也并不是新能源汽车轻量化的初衷。