行业 | 跳出框框思考：电池外壳的轻量化【能源人都在看

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电动汽车(EV)结构的轻量化是帮助延长续航里程的一个关键因素，这是加速电动车普及的必要条件。一个具体的减重对象是用来放置电池的电池盒。

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迄今为止，既要支撑电池重量又要保护电池的要求往往使这些外壳本身变得沉重。不过，现在，一些研究计划正在寻求通过使用新的轻质材料应用来缓解这种情况。
在德国达姆施塔特的Fraunhofer结构耐久性和系统可靠性研究机构，一个新完成的项目开发了一种轻质电池外壳，该外壳由连续纤维增强热塑性塑料 (CFRTP) 采用创新的泡沫注塑成型工艺制成。该结构使用了两层CFRTP ，中间有一层泡沫层，据称与铝制结构相比，重量可减少40% 。
三明治结构
该项目的负责人 Felix Weidmann 博士证实了这些细节。“这种结构基于三明治结构，旨在在低重量的情况下实现非常高的力学性能。这是在组件中遵循轻量级设计方法的经典方法，可以在许多应用中找到， ”他说。“到目前为止，这一直非常昂贵，但我们的新材料和工艺方法在成本敏感的应用中更具竞争力。”
在制造过程中，外层首先由交叉单向(UD)胶带铺设程序形成。必要的固结过程是使用双带压机完成的， Weidmann 博士将其描述为“制造热塑性复合材料层合板最具成本效益的方法” 。然后在激光切割和局部热成形过程中进行“3D预成型” ，只对需要弯曲的结构部分进行加热和冷却循环，以达到所需的形状。Weidmann博士解释说：“切口和它们特定的轮廓可以折叠成3D预制件，类似于包装箱/纸箱。”
此外， Weidmann 博士说，这种“热弯曲”技术避免了材料结晶特性的更广泛的改变，否则可能会在实际的电池外壳制造过程中造成问题。“我们在需要弯曲轮廓以实现 3D 预制件的地方引入了局部热循环， ”他指出。
在注射成型过程中，外层与泡沫层相结合以产生承载能力。“这基本上是聚合物界面的熔融键合过程， ” Weidmann 博士说。“在加工过程中，模具和材料的温度以一种能够使泡沫芯材和复合材料面板之间牢固粘合的方式确定， ” 他说，所需的注入压力非常低，泡沫芯的注射大约需要5秒钟。目前，将工件从模具中取出所需的冷却时间接近120秒，但 Weidmann 博士相信可以实现更短的时间。
虽然三明治式的材料配方已经是一种很好的实现轻量化和高强度结合的方法，但Weidmann博士表示这个项目仍然拥有许多创新功能。“在热塑性复合材料混合注射成型技术领域，这种原位CFRTP夹层成型工艺是一种非常新的工艺， ”他说， “但我们是世界上唯一一家将其推向如此庞大且技术要求极高的3D结构（比如电池外壳）的公司。”
Fraunhofer 过程：
一个必须解决的特殊问题涉及三明治结构的收缩和翘曲预测，以及泡沫芯和复合材料面板之间的关键粘合发展。正如Weidmann博士指出的那样， “目前还没有商业上可用的模拟解决方案。”然而，该项目使用Weidmann博士自己开发的新方法，成功地验证了收缩和翘曲的适当模拟，以及后一种情况下的粘合行为。
【行业 | 跳出框框思考：电池外壳的轻量化】因此， Weidmann博士相信最终的材料和工艺组合提供了一种吸引力的混合功能。“由于结构原因，它不需要任何金属， ”他说。“这是一种完全由聚合物和复合材料制成的电池结构，可以容纳任何形状的电池。”他补充说，除了重量轻、成本低和不导电外，该技术的发展促进了设计的自由，包括几何形状和材料的选择，以支持“几乎任何应用要求，包括非常强的阻燃性” 。