擠壓鋁材在電動(dòng)汽車(chē)中的應用

      (中國有色金屬報網(wǎng)訊）電動(dòng)汽車(chē)(BEVs,batteryelectricvehicles)如潮水般地向我們走來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代降臨了。2019年前9個(gè)月，美國銷(xiāo)售了約17.5萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，毫無(wú)疑問(wèn)，銷(xiāo)路最好的當數特斯拉汽車(chē)，約占市場(chǎng)份額的80%，其他參與競爭的汽車(chē)公司有通用汽車(chē)公司、日產(chǎn)汽車(chē)公司、奧迪汽車(chē)公司、寶馬汽車(chē)公司、大眾汽車(chē)公司與韓國的現代汽車(chē)公司等13家。

　　美國市場(chǎng)由于各式各樣的電動(dòng)汽車(chē)的涌入，價(jià)格也各異，相當混亂，首先是保時(shí)捷公司的4門(mén)Taycan運動(dòng)車(chē)，接著(zhù)是梅賽德斯公司的EQC車(chē)，2020年伊始，又迎來(lái)了特斯拉的ModelY，福特公司的MustangMach-E與德國大眾公司的ID.4，然后是沃爾沃公司的XC40BEV和MiniCooperSE，未來(lái)還會(huì )有更多的新型電動(dòng)汽車(chē)相繼問(wèn)世。有人估計，2025年北美汽車(chē)市場(chǎng)電動(dòng)車(chē)的銷(xiāo)量可達100萬(wàn)輛。

　　擠壓鋁材在電動(dòng)車(chē)中的應用

　　擠壓鋁材在電動(dòng)車(chē)上起著(zhù)非常重要的作用。第一，電池系統必須用輕量化材料制造，這比在其它汽車(chē)中更顯得重要；第二，它是制造電池托盤(pán)和冷卻系統的強有力競爭者，也是制造電機殼體的良材。

　　重量與行程

　　電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)重限制了它的行程。據杜克環(huán)球公司(DuckerWorldwide)估計，大眾汽車(chē)公司的e-Golf(已被ID.4車(chē)取代)電動(dòng)汽車(chē)電池系統質(zhì)量超過(guò)227kg，比同型的內燃機(ICE)的車(chē)重。電動(dòng)車(chē)的電池、電機、控制系統、電線(xiàn)電纜的質(zhì)量超過(guò)454kg；TeslaS電動(dòng)汽車(chē)的電池質(zhì)量544kg，電機容量85kWh，占車(chē)重的27%；CheryBolt電動(dòng)汽車(chē)情況也是如此，66kWh，電池質(zhì)量436kg，占車(chē)重的26%。

　　電池的能量密度雖然在不斷上升，但是購車(chē)者的意愿是，航程能顯著(zhù)增加，重量下降并非頭等大事�？傊�，現在的汽車(chē)由于先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS，advanceddriverassistancesystems)硬件、預報警系統、前碰撞報警／自動(dòng)剎車(chē)系統等的增設，汽車(chē)的總質(zhì)量會(huì )增加136kg～180kg。

　　采用擠壓鋁材零部件及其它鋁制工件是減小汽車(chē)質(zhì)量最有效的措施，橫向車(chē)身梁(crossbodybeam)／儀表盤(pán)、車(chē)頂彎梁(roofbow)、車(chē)身底部橫梁等等都可以用擠壓鋁材制造，同時(shí)用空心薄壁擠壓復雜鋁型材則可以進(jìn)一步降低零部件的重量，采用擠壓鋁材制造越來(lái)越多的電動(dòng)車(chē)零件是一項具有戰略意義的事情，電動(dòng)汽車(chē)應是全鋁化的，所謂全鋁化就是在當今的技術(shù)條件下，在確保行車(chē)安全與乘座舒適的前提下，凡是可用鋁合金、鎂合金制造的零部件都是用輕金屬材料制造的。

　　據倫敦商品研究所(CRU)的資料顯示，2019年全球ABS(AutoBodysheet)總消費量約1700kt，其中北美950kt，歐洲550kt，中國90kt，其它市場(chǎng)110kt。根據2019年10月國際鋁業(yè)協(xié)會(huì )《中國汽車(chē)工業(yè)用鋁量評估報告(2016～230)》，預測2030年的需求量為9100kt，年復合增長(cháng)率8.9%。中國2020年實(shí)施《新能源汽車(chē)補貼免征購置稅政策延長(cháng)2年》的措施，對降低產(chǎn)業(yè)鏈成本壓力有利，給予具有核心技術(shù)及意愿研發(fā)投入的企業(yè)更多的成長(cháng)空間，有利于擴大鋁材應用。不但覆蓋件薄板用量會(huì )有較大增長(cháng)，而且外板產(chǎn)品、電池底板產(chǎn)品及動(dòng)力電池箔用量都會(huì )同步增長(cháng)。

　　電池系統托盤(pán)

　　電池系統托盤(pán)(batterysystemhousing)是電動(dòng)車(chē)的一個(gè)大的關(guān)鍵部件，可用擠壓鋁材制造，也可以用板材，但以前者為主。在此順便說(shuō)一下housing的譯法，有譯“托盤(pán)”的，有譯“殼體”的，還有譯為“電池盤(pán)”的，在有關(guān)標準未給出標定名稱(chēng)前，建議采用“托盤(pán)”一詞。托盤(pán)的作用：托住電池系統，防止碰撞，防止底部碰觸，散熱作用，便于維護、裝配，等等。

　　典型的電池系統托盤(pán)酷似滑板，位于汽車(chē)的兩軸之間，而電機及控制系統則置于軸上。通常電動(dòng)汽車(chē)電池托盤(pán)的長(cháng)度1980mm～2160mm，寬比1532mm稍大一點(diǎn)，高127mm～140mm。例如，奧迪e-tron電動(dòng)車(chē)電池托盤(pán)長(cháng)約2921mm，寬1930mm，而Jaguar(美洲虎、杰戈娃)I-Race電動(dòng)車(chē)托盤(pán)長(cháng)2972mm、寬1895mm。

　　電池的熱控制

　　電池托盤(pán)應有良好的散熱性能，電池工作時(shí)總會(huì )釋放熱量，必須及時(shí)把熱散放，所以電池托盤(pán)中設有冷卻系統，以保持全系統在設計的溫度窗口20℃～40℃內，同時(shí)變化幅度不能大，應低于5℃。為了達到這種嚴格的控制，當前最佳措施是設有間接液體冷卻部件，用鋁管制的，管內循環(huán)流動(dòng)著(zhù)液態(tài)乙二醇，冷卻部件呈網(wǎng)狀。早先日產(chǎn)汽車(chē)公司采用冷卻片，但是美國再生能源實(shí)驗室(NationalRenewalEnergyLab，NREL)認為，空氣冷卻系統消耗的能為液體系統的2～3倍，同時(shí)該實(shí)驗室指出，翅片式空氣冷卻系統需用更多的擠壓鋁材制造，毫無(wú)疑問(wèn)，冷卻系統質(zhì)量會(huì )加大。

　　在電池散熱方面，汽車(chē)公司各有其招，有的采用類(lèi)似于內燃機汽車(chē)的散熱方式，有的則有新的設計。保時(shí)捷公司(Porsche)在其新推出的Taycan車(chē)上，將電池箱的冷卻系統置于外部，粘結冷卻管于箱的底部；將一根蛇形管置于電池組之間；寶馬汽車(chē)公司(BMW)也將冷卻系統放在箱底，電池位于循環(huán)冷卻管之上�？傊�，不管冷卻系統的型式如何，也不管它們被置于何處，都是用擠壓的鋁合金管制造的。

　　材料選擇

　　關(guān)于電池托盤(pán)材料選擇的內容是：采用什么品種鋁材，鋁材是用什么合金加工的。截至2019年，幾乎所有新能源汽車(chē)的電池托盤(pán)都是用擠壓鋁材加工的，僅有極少數托盤(pán)是用板材制造的，是諾貝麗斯(Novelis)鋁業(yè)公司2019年研發(fā)的。諾貝麗斯是一家印度公司，約60%業(yè)務(wù)在美國，是世界上最大的平軋鋁產(chǎn)品企業(yè)，平軋鋁產(chǎn)品總生產(chǎn)能力約4800kt／a，在全世界16個(gè)國家有22個(gè)生產(chǎn)企業(yè)，員工約18500人，是印度鋁工業(yè)有限公司(HindalcoindustriesLimited)的子公司，2019年向市場(chǎng)推出用板材制的電池托盤(pán)。但用擠壓材制造托盤(pán)優(yōu)勢明顯，有研究指出：用板材制造SUV(sportutilityvehicle，多用途跑車(chē))電池托盤(pán)的鑄造工具費用高，前導期也長(cháng)，約la(leadtime，LT或L／T)，而用擠壓鋁材制造，只要七八種擠壓材，工具投資少，且前導期僅約6個(gè)星期，同時(shí)，用擠壓材制造托盤(pán)的設計簡(jiǎn)單快捷。因此沒(méi)有必要用板材制造，電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，對拓寬擠壓鋁材應用起了一定的作用。

　　電動(dòng)汽車(chē)托盤(pán)用的擠壓鋁材是一類(lèi)結構材料，必須具有一定的強度性能，還必須易成形加工與價(jià)格合理，綜合這些因素，可用6063與6061合金加工托盤(pán)型材，主要結構件用6061合金，其它的用6063合金。                                                                                        

   （重慶銘仁鋁業(yè)有限公司宣傳部整理供稿）