炭素繊維電池ケース解決方案：重量を軽減し、電気自動車とエネルギー貯蔵パックの安全性を増加する

バッテリーパックはエンジニアにとって奇妙なことだ。内部のバッテリは熱、押し出し、水分、振動に敏感ですが、航続距離、ペイロード、メンテナンスチャネルに関しては、保護されたハウジングが車両やラックから消えることが予想されます。この緊張関係はまさに炭素繊維が一席を占めている場所だ。本解決方案ガイドは、炭素繊維複合材料の外殻と構造モジュールが電気自動車、電力網の貯蔵エネルギーと携帯電源システムにおける電池パックエンジニアが直面する実際の問題をどのように解決するか、および私たちの炭素繊維プリプレグ、織物、板材と完成品複合材料部品がどのように各ステップに溶け込むかを紹介した。

1.なぜ筐体が電池パックの硬い部品なのか

電池は最も注目されていますが、筐体は品質、安全性、製造コストが密かに蓄積されている場所です。エラーが発生すると、射程、衝突テストの失敗、またはサービスの悪夢が失われます。各包装設計において、3つの圧力が相互作用する。

1.1重量問題

従来のスチールまたはアルミクラッドシェルは、収容される電池の質量を20〜35%増加させることができる。乗用車の電気自動車の中で、余分な品質は2倍の代価を払う必要があります。1回は構造として、もう1回はもっと大きな電池を携帯するためです。もしカバーが車両の高いところに取り付けられれば、重心を高め、操作性に影響を与えます。

1.2衝突と侵入問題

このアセンブリは外側に位置し、位置が低く、側面衝突と車体底部衝突の集中荷重の場所である。ハウジングは電池スタックへの侵入に抵抗し、敷居やフレーム軌道上でエネルギーを吸収し、電池が挟まれないように形状を維持しなければならない。鋼鉄はよくできているが、重い。アルミニウムの硬度はより軽いが、同じ剛性を達成するにはより大きな断面深さが必要である。

1.3熱と電気の問題

電池ケースも熱と電気の境界である。バッテリパックをショートさせることはできません。熱経路を管理しなければなりません。熱暴走イベントでは、故障したバッテリと乗客または周辺ラックの間の最後の防御線になります。これらの要件は相互作用する：良好な熱伝導体は通常良好な電気伝導体であり、これらの両方の性能は材料の選択に依存する。

炭素繊維強化ポリマー（CFRP）は単一の材料ではなく、設計空間である。これがその利点です：積層板を調整することができて、それが負荷の情況の要求の地方で剛性、強度と熱の性能を持って、そしてその他の地方で軽やかさを維持することができます。

2.1強度重量比と剛性重量比

炭素繊維複合材料の比強度と比剛性は鋼より数倍高く、アルミニウムより明らかに高い。全体に変換すると、アルミニウム製の設計と同じ剛性を持つ筐体の重量を30〜50%軽減することができ、または同じ品質を追加の衝突構造に使用することができ、依然としてリードしていることを意味します。メッシュストレージラックの場合、数十台のキャビネットが1つのコンテナに積み上げられており、節約された品質はサポート構造全体を通じて伝播します。

2.2カスタマイズされた異方性：重要な剛性

繊維はその長さに沿って荷重を受けるだけなので、積層板は指向性を持って敷設することができる。カバーは薄くて準等方性で、処理とモード目標のために使用することができます。横方向に延びる繊維で敷居を建てて、横方向の侵入を防ぐことができます。床は、電池スタックの下で湾曲するようにバイアスすることができる。この配向設計により、単一の材料がいくつかの異なる金属を必要とする要件を満たすことができる。

2.3熱及び電気的性質

炭素繊維自体は熱伝導性であるため、未処理の炭素繊維複合材料の表面は絶縁体ではない。これは設計上の考慮事項であり、欠陥ではありません。放熱経路として意図的に使用され、ガラスまたはアラミドの表面層、コーティングまたは専用絶縁層で電気的に隔離することができます。5章では、この点を実践に含めています。

包装は一部ではなく、正確な炭素繊維の形は段ごとに異なる。最も信頼性の高い方法は、材料を選択する前にハウジングの構造図を描くことです。

3.1蓋と蓋をする

蓋の役割

蓋には電池の負荷はかかりませんが、平らにしてトレイを密封し、使用中に繰り返し開けなければなりません。組み立て中に最も運搬ダメージを受けやすいパネルでもあるので、表面耐久性と剛性も同様に重要です。

典型的な寝台車

蓋は通常、最大の単板であり、最も品質を節約しやすい場所でもある。薄い炭素繊維プリプレグ積層板――準等方性積層中の2〜4層――硬くて平坦な蓋を提供し、熱循環によってその形状を保持し、シール面の平坦度目標を満たす。圧縮成形またはオートクレーブ硬化された蓋はまた、追加の厚さではなく幾何学的形状からの剛性のために、成形リブと挿入物を受け入れる。

パスを先にロード

材料を選択する前に、車体の底部衝突や側面衝突が荷重をどこに伝達するかを追跡します。経路がトレイを通過する場合、トレイは構造的である。フレームレールを迂回する場合は、トレイはシール性と剛性だけを最適化することができます。

トレイとバックプレーン

下部トレイにはバッテリが搭載され、車体下部のロードボックスが搭載されています。ここでの要求は剛性だけでなく、エネルギー吸収もある。炭素繊維織物を編むプリプレグと編組管は徐々に予測可能に破砕され、それがパッケージの周りの敷居プラグインと衝突防止タンクに現れる理由である。平坦な封止基板は、通常、平坦度と加工性のために選択される圧縮成形または機械加工されたCFRPプレートである。

シェルの内部では、品質は依然として重要ですが、スペースと部品の数も重要です。薄い炭素繊維板と機械加工複合材料支持体は、モジュールフレーム、バスバー支持体、電池ホルダとして使用でき、金属部品のセットの代わりに、より少なく、より軽いアセンブリを使用することができる。これらの構成要素は通常非構造であるため、回収された短繊維処方はここで実行可能になり、コスト効果がある。

3.4構造梁とバッテリーボックスフレーム

長直部材、梁、レール、電池ボックスのフレームは、炭素繊維を押し出した形材が発光する場所である。引張押出しにより、軸に沿って連続繊維を有する一定の断面プロファイルが生成され、低金型コストで高い軸方向剛性を提供することができ、これは剛性、まっすぐで軽量な部材のみを必要とする場合に理想的である。

4.材料形式とその選択

4.1プリプレグと高圧滅菌またはプレス硬化

炭素繊維プリプレグは最高の繊維体積率と最も一致した機械的性質を有し、これは予測可能で記録可能な性能を必要とする衝突と構造部品にとって重要である。

4.2織物、NCF及び再生短繊維

炭素繊維織物とカールなし織物を編むことは複合曲率プレスパネルの主力である。これらの懸垂は良好で、一連の過程に耐えられ、墜落地域では良好な離地性能を持っている。部品が非構造である場合、回収された短繊維化合物はコストを削減し、持続可能な開発目標をサポートすることができます。

4.3引張押出形材と機械加工板材

線形および平面要素のための引張押出形材および機械加工炭素繊維板。これらは工具をほとんど必要としないか、まったく必要としないので、内部で切断、ドリル、接着を行い、複雑なハウジングをわかりやすい部品セットに変換することができます。これは通常、設計から作業プロトタイプパッケージまでの最速ルートです。

5.マトリックスの選択：製品要件

左から右へ読む：需要駆動材料の形式、それから購買問題を駆動する。

6.設計が有効かどうかを決定する実施説明書。（11）：（11）：（11）：（11）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14）（14

材料の選択は物語の半分にすぎない。4つの詳細により、炭素繊維シェルが現場で動作しているかどうか、または検証に失敗しているかどうかを決定します。

6.1電流分離

噛んだところ

腐食は、最初にボルト孔、リベット線、および湿潤を維持しながら元のCFRPに接触する任意のブラケットに現れる。スタンドは、オンサイトサービスでよく見られる最初の障害点です。

設計修復

炭素繊維はアルミニウムと鋼に対して陰極である。炭素繊維強化プラスチック部品が金属ファスナーやステントに遭遇すると、金属が腐食する。設計コストが低く、改装コストが高い。

6.2火災と熱暴走制御

ケーシングは、熱暴走から脱出するために居住者や周辺機器に時間を割くことが予想される。炭素繊維複合材料は膨張型塗料、アラミドフェルトまたは予備酸化繊維障壁と結合して、層状の受動保護システムを形成し、炎と熱伝達を遅延させることができる。バリアは単一の材料ではなくシステムに設計されている。

6.3締結、挿入、シール

複合材料は荷重ボルトが好きではありません。信頼性の高い方法は、インサート、分散負荷経路、シール面を成形または接着することであり、ガスケットを収容するのに十分な平坦度を有するように設計されている。積層板を通過するボルト継手は、可能な場合には接着または混合継手で代用するために、十分なエッジ距離と支持面積を常に設計しなければならない。

炭素繊維が導電性であるため、電池パックの電気絶縁は構造複合材料に依存することができない。専用絶縁材料であるガラス表面層、絶縁膜またはコーティングを設計し、CFRP構造を導電体と見なし、予想通りに電気的に隔離し、接地しなければならない。

7.補助材料：アラミド、予備酸化と混合積層

炭素繊維は電池ケース内で単独で働くことはめったにありません。アラミド長繊維とアラミド織物は耐衝撃性と電気絶縁性を高め、混合積層板における炭素繊維の天然パートナーになる。プレ酸化繊維糸、織物、フェルトは積層に難燃性と断熱性をもたらし、暴走バリアと高温部品の周りで非常に有用である。ガラス繊維は依然として金属界面における標準的な分離層である。これらの材料は、3つの別個の構造ではなく、1つの構造内で機械的、熱的、電気的要件を満たすために共通しています。

8.電池ケース複合材料にTanchainを選んだ理由

この範囲は、パッケージチームが単一のベンダーからカバー、トレイ、衝突構造、内部モジュール、障壁の購入に一致するファイル記録のある材料セットを購入でき、シェル全体に一貫した仕様を持つことを意味します。

電気自動車、電力網格納容器、またはポータブル電源システムのためにバッテリハウジングを設計または再指定している場合は、品質目標、衝突事例、熱事例、およびハウジングアーキテクチャの要件を送信してください。適切な材料形式と積層を推奨します。私たちの炭素繊維製品と複合材料ソリューションを探索したり、プロジェクトのために見積もりを請求したりします。