新能源汽车电池托盘用铝合金的挤压工艺优化.docx

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1、新能源汽车电池托盘用铝合金的挤压工艺优化摘要：2023年11月2日，国务院办公厅正式发布的新能源汽车产业发展规划（20232035年）提出，要突破整车轻量化等共性节能技术。近日发布的节能与新能源汽车技术路线图2.0（以下简称路线图2.0）也明确了我国今后汽车轻量化的发展方向。据了解，新能源汽车每减重10乐续航里程可提升5%6%,轻量化是新能源汽车节能、降耗、增加续航里程的重要技术路径之一。那么，我国新能源汽车轻量化面临哪些问题？又该如何发展呢？关键词：新能源汽车；电池托盘；铝合金；冲击性能；腐蚀性能引言铅的污染是多方位的，包括土壤、水源等。我国饮用水中铅含量限值为0.01mg1,人体每周的铅摄

2、入量不应超过0.025mgkg,且重金属在土壤和生态系统中会进行残留、累积和迁移，对植物、动物和人类造成严重的危害。铅对人体的主要影响是神经系统、造血系统和肾脏的损坏，尤其对儿童危害极大，可造成儿童智力低下和多动症等多种疾病。为保护生态环境，降低报废汽车对人体健康的危害，我国于2016年实施了汽车有害物质和可回收利用率管理要求，对汽车产品的有害物质使用进行限制，并取得了显著成效。本文通过对我国汽车产品铅的使用现状、有害物质替代及减量化技术开发及推广情况的研究，结合新能源汽车发展态势，分析我国汽车产品有害物质未来使用趋势。1仿真分析该产品由铝合金挤压型材、铝合金铸件、铝合金锻件，经搅拌摩擦焊，M

3、IG焊，钾接，螺接，等多种连接工艺组合而成，制作工艺较为复杂，总成精度控制难度大。在电池包下壳体的制造过程中，每一单体零件的装配过程都会对总成精度造成影响，夹具定位，零件公差，装配顺序是偏差产生的主要三个因素。首先需求根据产品DTS要求，进行焊接层级的分析，确定工艺流程，初步确定的工艺流程如下图所示。公差分配方法分为三种，极值法，概率法和蒙特卡洛模拟法。极值法对零件公差要求较高，经济性差，因此本文首先依据总成DTS测点公差要求基于概率法做初步公差分解，获得单个零件的公差要求，然后采用计算机仿真，实质是蒙特卡洛模拟法，验证公差设计的合理性。以测点PM07(B-B剖视位置孔，公差要求)为例，概率法

4、常用公差分配，阐明公差影响因素，公差大小及计算公差范围。2新能源汽车有害物质分析有害物质含量差别较大的有铝材、铜合金、焊料和电气元件，其中铝材含铅量传统汽车高于新能源汽车，而铜合金、焊料和电气元件中的铅含量则是新能源汽车高于传统汽车。经对比分析，其差异原因如下：1)传统燃油车中的发动机和变速器铝材用量较大，如变速器壳体、差速器壳体、缸体缸盖、活塞等，基本为铸铝部件，易含铅，而新能源汽车没有这些部件，代替的是动力电池、电机等，其铝材使用量远低于传统汽车动力系统；2)纯电动汽车电子电器部件的使用量要明显高于传统汽车，如高压电缆，电池、电机控制系统、线束线芯、端子、铜箔等。这些部件使用了大量的铜合金

5、，并且随着电子电器部件的增加，PCB板及电气元件的用量也会随之增多。由于焊料和电气元件是主要含铅部件，因此导致纯电动汽车在上述三个豁免项中的含铅偏高。34新合金应用3.1创新的铝冷却厚板托盘2018年肯联铝业公司布吕纳尔先进凝固技术中心发明一种新型的名为“冷铝”的托盘设计，对电池组有很强的冷却效率。采用这种设计再也不用摩擦搅拌焊(FSW)连接了。试验表明，冷却板连接严密，不会泄漏，同时连接简便快捷，在用混合(activeandpassiveCOOIing)冷却方式试验时，获得了极为令人满意的冷却效果，温度偏差只有2,因此既延长了电池组的使用期限，又提高了安全性能。托盘的一些零件是用挤压铝型材折

6、弯成形制造的，不用钻孔，也不需要焊接，新的设计托盘的质量减轻了15%o3.2铝材铅在铝合金中的引入主要是为了改善切削性能，如2系和6系的铝合金。铅一般和锌同时加入，二者在铝合金中形成低熔点的组织组成物，在切削过程中由于摩擦生热达到组织组成物熔点，使切屑易断，进而改善表面质量2。除了含铅易切削铝合金外，目前已开发环保型含锡铝合金及锡锌铝合金也逐渐在推广应用，成为含铅铝合金的替代材料。铝合金在汽车上主要应用在支架、壳体、管道、隔热板等部件。3.3电池托盘和护栏对电池托盘来说首要的问题是材料，既要有优秀的综合性能，又必须有可接受的合理价格，在当前条件下铝材是最可取的，优于钢材与碳纤维增强塑料基复合材

7、料(CFRP)。复合材料工业目前还不能支撑电动汽车的发展，一是价格过高,二是汽车使用期限到了后废料回收问题还不能解决，不能形成闭环产业链。几乎所有的原装汽车制造公司都选用铝挤压材制造电池托盘，如宝马汽车公司、奥迪集团、波尔舍公司(保时捷公司，Rorche)戴姆勒公司、沃尔沃公司等都是这样。同时，一些公司都对特斯拉(TeS1a)公司用挤压铝材制造的全铝滑板式电池托盘很感兴趣，纷纷仿效，例如宝马汽车公司的i20EVs车托盘、奥迪公司的etron电动车托盘、戴姆勒公司EQ系列电动汽车的托盘。奥迪公司原来的托盘是用压铸铝合金零配件制造的，现在已改用挤压铝材制造。同时它的BEVS和PHEVS电动汽车电池

8、托盘都是用挤压铝材制造。3.4蓄电池蓄电池是汽车的一个重要部件，主要负责汽车起动、照明以及各种电器用电等。当前汽车主流的起动电池仍为铅蓄电池，尽管该电池从开发到现在已有150多年的历史，但铅酸蓄电池凭借其一系列优势，如电压特性平稳、温度适用范围广、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉、技术成熟等，目前仍是全球应用范围最广的化学电源。铅蓄电池中的含铅部件主要是电池的正负极和板栅,荷电状态下正极为二氧化铅，负极为铅，板栅材料有铅钙基合金、铅锌基合金等,其铅含量均较高，是整车最主要的含铅源头，大约占整车含铅总量的95*以上。锂离子电池替代铅蓄电池作为汽车起动电池一直是行业研究的热点，也被认为是

9、必然的一个方向。目前行业已有部分纯电动汽车和混合动力汽车的起动电池采用磷酸铁林电磁，实现了铅蓄电池的替代，是汽车有害物质替代技术发展的重要阶段，极大地降低了汽车产品中有害物质铅的使用，降幅超过98%。据了解，传统燃油汽车目前还未见这一技术的应用，主要源自成本问题，而非技术问题。3.5应用虚拟制造技术虚拟制造技术是以模拟现实和仿真技术为基础，对目标产品的设计、生产过程统一的进行建模，通过计算机实现目标产品从设计、加工和装配、检验和使用整个生命周期的模拟和仿真。因此，可以在产品生产前模拟将要进行生产的产品的性能和制造过程，发现生产中可能面临的问题，以此来优化产品的设计质量和制造过程，加强生产管理和

10、科学规划资源的分配，提高终生质量和生产效率，达到缩短生产周期和降低生产成本的目的，从而提升企业在市场中的竞争优势。结束语本文对包括新能源汽车在内的汽车产品有害物质铅的使用和分布情况进行了详细分析，并阐述了汽车行业有害物质铅的替代技术情况，认为当前铅在汽车上使用主要集中在起动用铅酸蓄电池，少部分存在于铝材、焊料等豁免零部件，随着新能源汽车的发展及有害物质替代技术规模化应用等，铅在汽车上的使用将逐步削减，最终实现汽车产品环保水平的大幅提升。参考文献1王品健,谢晖,王杭燕.纯电动汽车动力电池包结构轻量化设计J汽车技术，2019(12):29-33.2谭锦红.新能源汽车电池托盘应用现状及发展趋势C.中国有色金属加工工业协会、邹平市人民政府.2019年中国铝加工产业年度大会暨中国(邹平)铝加工产业发展高峰论坛论文集.中国有色金属加工工业协会、邹平市人民政府:中国有色金属加工工业协会,2019:790-796.3夏建华.HH公司轻量化材料产品在新能源汽车市场的营销策略研究D.广西师范大学,2019.4乔晓华.A铝业股份有限公司铝电池托盘项目风险管理研究D.广西大学，2019.5桑杲,周德强,焦露,王少航,鲁啊溥,蔡立军.汽车电池托盘检具装置设计J1机械工程与自动化,2018(06):170-172.