革新型的輕量化開發——輕量化整體解決方案之道

革新型的輕量化開發

輕量化整體解決方案之道

前言

純電動汽車每減少1Kg，整車就可以少裝0.021KWh容量（續航250Km的電池），整備減100Kg，可以增加續航里程10%，節約電池成本約15%-20%。可以說相對於傳統燃油車，新能源汽車更迫切地需求輕量化。

2016年12月29日四部委聯合出台的《關於調整新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》正式將補貼標準與電池包 「重量比能量」掛鉤：

而2018年客車補貼標準為：

不難看出，補貼迅速退坡，而對於系統比能量的要求則顯著提升。要在短時間內提升系統比能量，提升電芯單體能量密度難度較大，所以PACK輕量化成為了最佳選項。

不少開發人員認為PACK輕量化核心就在於電池箱體減重，而電池箱體減重無非就是更換材料，減薄壁厚。於是全鋁箱體、SMC複合材料箱體等各種新型箱體方案應接不暇。最終不是比誰更安全，而是比誰更輕……那我們就要思考一個問題：如果是後補貼時代，不再參考系統比能量給予補貼，還會犧牲安全性想盡一切辦法做更輕的箱體嗎？

合理的PACK輕量化應該從整個系統層面出發，做一體式輕量化設計，目標是配合整車的輕量化，如下圖所示：

1

電芯層面：

單體電芯「儘可能」做大。我們看到Tesla電芯由18650切換為21700；方形電芯尺寸也在不斷增加，鋁殼變薄（鎂鋁）；軟包電芯單體也有做大的趨勢。

2

模組層面：

標準模組實現一體化設計，集成更多的部件功能。如將熱管理、信號採集等高度集成式設計；模組本身結構作為PACK結構的一個構成部分等設計方案。

3

箱體層面：

箱體的拓撲優化和模擬驗證先行。在正向開發的初期，利用模擬技術，及早進行結構優化（如拓撲）和設計驗證；在開發後期，模擬結合實際測試來確定最終的方案。

4

系統層面：

電池包與底盤一體化設計。在此，主要是避免過度防護，整車應協同實現輕量化，盡量避免傳統車底盤改電動車的方向。

由此可見，單純減重電池箱體對整車的輕量化實際上作用非常有限，電池箱只是整個輕量化方案中的很小的一部分。

以上是從整個輕量化PACK系統性、頂層地來考慮其輕量化方案，除了一體式輕量化設計以外，也必須要突破常見的成型工藝。對於此，利用最新的攪拌摩擦焊技術將給PACK輕量化開發帶來了全新的解決思路。

相比於其他的成型工藝技術，攪拌摩擦焊擁有諸多優勢，這裡不一一累述，重點對以下問題進行探討：

1

一體式底盤

因為寶馬、比亞迪等主流電動車使用，乘用車鋁擠攪拌摩擦焊電池箱（托盤）風靡一時，但經過比對，單純鋁擠攪拌摩擦焊電池箱減重優勢並不十分明顯。其實綜合考量是因為這些車企設計了底盤一體式承重電池箱，並不是單純考慮電池箱體減重，箱體本身作為底盤結構的一部分，所以綜合來說整備減重明顯，但電池箱可能反而不減重。

2

全鋁車身

在全鋁車身連接領域，使用攪拌摩擦焊點焊技術可以替代專用鉚釘鉚接，使得整備質量及製造成本明顯下降。

3

一體式電池箱

傳統電池包液冷方案需要使用大量獨立的水冷板，這無疑增加了系統重量，而鋁擠攪拌摩擦焊的應用使得集成水冷板的一體式電池箱成為可能，這將大大減少系統重量，使得系統輕量化水平得到顯著提升。

4

輕量化電連接

在PACK及整車電連接領域，因為銅鋁攪拌摩擦焊擁有內阻極低、連接強度高等諸多優於傳統激光焊接、超聲焊接的性能，使得低成本、輕量化的鋁排替代銅排成為大趨勢。

從以上可以看出，一體式的輕量化設計結合攪拌摩擦焊的應用，能夠為電動汽車的輕量化提供一個全新的、切實可行的解決方案。從目前已應用的實際產品案例來看，在實現「輕量」的基礎上，也可以達到降本提質的效果。本月4月21日，在蘇州科尼普的公司戰略轉型發布會上，其總經理苗東方將會攜數位行業技術專家，對一體式輕量化設計的具體關鍵技術、以及實施案例經驗進行深入探討和分享。

結語

輕量化是一個系統工程和系統的過程，需要從整車一體式輕量化角度設計和布局，引入虛擬模擬無樣件研發過程，使用先進位造工藝和特種裝備，結合實際試驗驗證，協同實現輕量化，最終達到節能降本的目的。單純從PACK或電池箱體減重來思考輕量化，顯得過於片面，難免陷入「難以再降」的困境，也並不是新能源汽車輕量化的初衷。

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