碳纤维复合材料在电动汽车电池盒应用中有哪些优势

由碳纤维增强塑料(CFRP)加工而成的电动汽车结构组件,具有高刚度、高强度和轻量化等一系列优异的性能。由德国西格里碳素公司(SGL Carbon)与中国汽车制造商蔚来(NIO)合作研发的电池外壳比传统的铝或钢制电池外壳轻40%,在保持高刚度的同时,还可以比铝的热导率低200倍。

除高刚度、低热导等特性以外,CFRP复合材料电池盒组件可确保改进的防火性能、车身底部保护以及电池内的最佳温度条件,从而赋予电动汽车出色的安全性,进而可以挽救生命。CFRP电池盒优势体现在以下几个方面:

优势一:重量轻、比刚度高

根据EDAG和弗劳恩霍夫化学技术研究所(ICT)的一项研究表明,电动汽车重量每减轻100公斤可节省约4%的行驶能量。因此,轻量化的结构明显有助于增加其行驶距离。

更轻量化的电动汽车结构不但节省了成本,而且减小了安装空间并缩短了充电时间。例如,慕尼黑应用科技大学的科学家认为,这种小型化结构可以减轻100公斤的重量,从而可以将电池成本降低多达5%。此外,更轻的重量有助于驾驶动态,并减少制动器和底盘的尺寸和磨损。

优势二:加强防火

纤维复合材料的热导率比铝低约200倍,是有效防止电动汽车电池着火的良好先决条件,而且可以通过添加剂进一步改善。例如,通过一项内部测试表明,复合材料的防火使用寿命比钢长4倍,这使乘员有宝贵的时间在紧急情况下进行救援。

优势三:改善热管理

由于复合材料的低导热性,该材料还为优化热管理做出了重要贡献。电池会自动被外壳材料更好地屏蔽热和冷。通过适当的设计,甚至不需要额外的绝缘。

优势四:耐腐蚀性能

这些材料不易生锈,纤维复合材料不必像钢那样具有附加的腐蚀层,即使车身底部受到损坏,其结构完整性也不会造成任何泄漏。

优势五:自动批量生产

电动汽车底部和盖子是扁平部件,可以以节省材料的方式大量生产且质量稳定。但是,有时候汽车的框架结构也可以使用新的制造工艺由复合材料制成。

优势六:诱人的加工成本

在总成本分析中,复合材料制成的电池盒由于具有许多优势,将来甚至可以达到与铝和钢相似的成本水平。

除上述系列优势以外,CFRP电动汽车电池盒还可满足电池外壳的其他要求,例如电磁兼容性(EMC)、水和气密性等。

综上所述,与传统材料相比,通过使用碳纤维复合材料制成的电池盒,它们的重量大大减轻,可实现更长的旅程,同时满足安全、经济和热管理方面的重要要求。

原创 钱 鑫 博士

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