擠壓鋁材在電動汽車中的應用

西鋁-西鋁鋁產業電訊：電動汽車(BEVs,batteryelectricvehicles)如潮水般地向我們走來，電動汽車時代降臨了。2019年前9個月，美國銷售了約17.5萬輛電動汽車，毫無疑問，銷路最好的當數特斯拉汽車，約占市場份額的80%，其他參與競爭的汽車公司有通用汽車公司、日產汽車公司、奧迪汽車公司、寶馬汽車公司、大眾汽車公司與韓國的現代汽車公司等13家。

美國市場由于各式各樣的電動汽車的涌入，價格也各異，相當混亂，首先是保時捷公司的4門Taycan運動車，接著是梅賽德斯公司的EQC車，2020年伊始，又迎來了特斯拉的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，未來還會有更多的新型電動汽車相繼問世。有人估計，2025年北美汽車市場電動車的銷量可達100萬輛。

擠壓鋁材在電動車中的應用

擠壓鋁材在電動車上起著非常重要的作用。第一，電池系統必須用輕量化材料制造，這比在其它汽車中更顯得重要；第二，它是制造電池托盤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

電動汽車的車重限制了它的行程。據杜克環球公司(DuckerWorldwide)估計，大眾汽車公司的e-Golf(已被ID.4車取代)電動汽車電池系統質量超過227kg，比同型的內燃機(ICE)的車重。電動車的電池、電機、控制系統、電線電纜的質量超過454kg；TeslaS電動汽車的電池質量544kg，電機容量85kWh，占車重的27%；CheryBolt電動汽車情況也是如此，66kWh，電池質量436kg，占車重的26%。

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

采用擠壓鋁材零部件及其它鋁制工件是減小汽車質量最有效的措施，橫向車身梁(crossbodybeam)／儀表盤、車頂彎梁(roofbow)、車身底部橫梁等等都可以用擠壓鋁材制造，同時用空心薄壁擠壓復雜鋁型材則可以進一步降低零部件的重量，采用擠壓鋁材制造越來越多的電動車零件是一項具有戰略意義的事情，電動汽車應是全鋁化的，所謂全鋁化就是在當今的技術條件下，在確保行車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110kt。根據2019年10月國際鋁業協會《中國汽車工業用鋁量評估報告(2016～230)》，預測2030年的需求量為9100kt，年復合增長率8.9%。中國2020年實施《新能源汽車補貼免征購置稅政策延長2年》的措施，對降低產業鏈成本壓力有利，給予具有核心技術及意愿研發投入的企業更多的成長空間，有利于擴大鋁材應用。不但覆蓋件薄板用量會有較大增長，而且外板產品、電池底板產品及動力電池箔用量都會同步增長。

電池系統托盤

電池系統托盤(batterysystemhousing)是電動車的一個大的關鍵部件，可用擠壓鋁材制造，也可以用板材，但以前者為主。在此順便說一下housing的譯法，有譯“托盤”的，有譯“殼體”的，還有譯為“電池盤”的，在有關標準未給出標定名稱前，建議采用“托盤”一詞。托盤的作用：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酷似滑板，位于汽車的兩軸之間，而電機及控制系統則置于軸上。通常電動汽車電池托盤的長度1980mm～2160mm，寬比1532mm稍大一點，高127mm～140mm。例如，奧迪e-tron電動車電池托盤長約2921mm，寬1930mm，而Jaguar(美洲虎、杰戈娃)I-Race電動車托盤長2972mm、寬1895mm。

電池的熱控制

電池托盤應有良好的散熱性能，電池工作時總會釋放熱量，必須及時把熱散放，所以電池托盤中設有冷卻系統，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，管內循環流動著液態乙二醇，冷卻部件呈網狀。早先日產汽車公司采用冷卻片，但是美國再生能源實驗室(NationalRenewalEnergyLab，NREL)認為，空氣冷卻系統消耗的能為液體系統的2～3倍，同時該實驗室指出，翅片式空氣冷卻系統需用更多的擠壓鋁材制造，毫無疑問，冷卻系統質量會加大。

在電池散熱方面，汽車公司各有其招，有的采用類似于內燃機汽車的散熱方式，有的則有新的設計。保時捷公司(Porsche)在其新推出的Taycan車上，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；寶馬汽車公司(BMW)也將冷卻系統放在箱底，電池位于循環冷卻管之上?？傊还芾鋮s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

關于電池托盤材料選擇的內容是：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的電池托盤都是用擠壓鋁材加工的，僅有極少數托盤是用板材制造的，是諾貝麗斯(Novelis)鋁業公司2019年研發的。諾貝麗斯是一家印度公司，約60%業務在美國，是世界上最大的平軋鋁產品企業，平軋鋁產品總生產能力約4800kt／a，在全世界16個國家有22個生產企業，員工約18500人，是印度鋁工業有限公司(HindalcoindustriesLimited)的子公司，2019年向市場推出用板材制的電池托盤。但用擠壓材制造托盤優勢明顯，有研究指出：用板材制造SUV(sportutilityvehicle，多用途跑車)電池托盤的鑄造工具費用高，前導期也長，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個星期，同時，用擠壓材制造托盤的設計簡單快捷。因此沒有必要用板材制造，電動車的發展，對拓寬擠壓鋁材應用起了一定的作用。

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

（重慶西鋁信達鋁產業股份有限公司宣傳部整理供稿）

來源：網絡

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