碳纖維復合材料電池箱應用實例分析 返回行業資訊

隨著汽車輕量化進程的發展，碳纖維復合材料在汽車特別是新能源車中的應用也越來越多。在汽車各部分的結構件中，使用碳纖維復合材料為原材料的電池箱體比較受歡迎，但是碳纖維復合材料的電池箱體的設計制造也比較復雜，電池箱體的結構、重量、耐高溫能力、化學性能、力學性能都是在制造時要考慮的因素。目前，大型電動車輛的箱體材料多采用鋼板焊接組合而成，但小型電動車一般采取底盤懸掛式電池包，因此對整車質量尤其電池包的質量要求非常高，因此需要采用碳纖維復合材料這類質量輕、強度高的電池箱體來分擔對電池包的質量壓力。下面就以無錫威盛新材料科技有限公司生產的一款用于小型電動汽車的碳纖維電池箱體為例進行案例分析。

動力電池箱體首先是個承載體，需要能承受住整個電池包的重量，小型純電動車的電池包總重量大多在150kg—200kg，動力電池箱體在承受這些重量的同時，必須要盡量減輕自重，否則還是會增加整車重量，不利于車輛的節能環保。在這種情況下，碳纖維復合材料比傳統的鈑金件呈現出以下兩方面的特點：

一是碳纖維的密度只有1.7g/cm3，抗拉強度在1700MPa以上，密度是鋼的五分之一，強度卻能達到鋼的數倍，與鋁合金相比也能減重達30％以上。以無錫威盛新材料科技有限公司的這款碳纖維電池箱體為例，整個電池箱體容積約為35L，壁厚2mm，但重量僅為2.7kg，與傳統鋼結構材料制作的電池箱體相比大約能減重80％，在強度和荷載力上仍能達到甚至是遠超過原有的技術要求。因此，從輕量化和強度的角度說，碳纖維復合材料擁有取代傳統鈑金件的絕對優勢。

二是使用碳纖維復合材料制作動力電池箱體的過程中，碳纖維復合材料具備可設計性，不同的鋪層方式具有不同的荷載力，例如，在點應力狀態，角度為0°的鋪層對應正應力，角度為±45°的鋪層對應剪應力，角度為90°的鋪層是用來保證在復合材料制件的徑向上有足夠的正壓力。不同的角度取向能夠根據所承擔荷載的類型來選擇，能最大程度地利用纖維在軸向上的高性能，這種可調整變化的荷載應對性使得碳纖維復合材料的應用更加靈活。

由于動力電池箱體對于對電池組安全工作和防護起著關鍵作用，因此，相對于車體的其他部位產品而言，其對于防撞、防水、防火、防塵等方面的要求尤為嚴苛。因為小型電動車輛的電池箱一般都是安裝在車體的下部，而車體下部的運行環境比較惡劣，箱體的材質必須有能力做到防水防塵以及抵御道路環境對它的侵蝕，電池箱體必須密封防水，防止進水導致電路短路。在車輛運行過程中電池受到的沖擊和振動也比較大，純電動汽車動力電池組輸出電壓高達200伏以上，電池箱體除保障容納電池外，還必須有效隔絕操作人員和乘客與電池的接觸，電池箱體防護等級要求達到IP67。

針對以上幾個方面的要求，碳纖維復合材料有著出色的表現：首先，碳纖維材料比模量非常高，對酸堿鹽的等化學物質也有很好耐受能力,不用擔心腐蝕、生銹等問題；其次碳纖維的抗沖擊吸振能力強，在遇到撞擊時，它的能量吸收率是鋼的3-5倍，因此安全性更高。無錫威盛新材料科技有限公司還針對動力電池箱體的特殊要求，在復合材料中使用了阻燃技術，在電池箱體發生意外燃燒情況下，能使電池箱與車身乘客區域阻燃隔離，有效保障車內乘客的人身安全。

雖然目前的碳纖維動力電池箱體的價格比鈑金件動力電池箱體的價格略高，但是隨著動力電池箱體型號逐漸的標準化，以及碳纖維復合材料生產技術的日漸成熟，碳纖維動力電池箱體的成本在規�；�生產的基礎上有望走低。面對新能源汽車市場化的節奏加快和輕量化發展的大趨勢，對碳纖維動力電池箱體的需求將會出現一輪爆發性的需求增長。