复合材料努力满足电动车电池外壳的苛刻要求

随着汽车行业的快速电气化，原始设备制造商和电池模块生产商对使用复合材料制作电池外壳的兴趣越来越大。复合材料的外壳和托盘可以形成容纳和保护电池芯的框架。当然，最主要的莫过于能够减少整备质量和堆叠公差。据报道，空的金属电池外壳使汽车质量增加了110-160公斤，在电池组装载之前，已经是电池电动汽车上最重的部件。

另一个问题是，电池外壳由多组件装配。当每个组件连接到前一个组件时，整个组件所占用的空间是累加的（即，它越来越高/越来越厚）。由于电池中的不同组件可能由不同的供应商设计和生产（更不要说整车了），如果一不注意忽略了总的包装空间，那么像电池组这样的复杂系统到达装配线时需要的空间可能超过汽车工程师所能容纳的空间。对于金属来说，将电池外壳做成复杂的形状更具挑战性，成本也更高，这意味着它们必须以更多的件数生产，占用更多的空间。然而，由于复合材料外壳高设计自由度和良好的零件整合性，它们可以被设计成更有效的形状，需要更少的空间。

还有就是金属的冲击性能差。这可能会影响到电池托盘（位于冷却系统安装位置）的耐久性，因为它经常被轮胎踢起的道路碎片击中。当试图对新车进行安全认证时，它也会使通过侧面和偏置障碍物冲击测试更具挑战性。腐蚀是一个金属众所周知的问题，但不太明显的是，由于金属具有导热性，在正常的充电/放电操作以及热失控事件中，金属可以从模块内部传递热量。金属还可以将外部热量传导到电池组中，使其更难保持在理想范围内运行。由于目前大多数电池模块都被封装在乘客舱下，因此需要努力防止金属外壳将热量或火焰传导到汽车内部，以便在电池组严重损坏时，有足够的时间让乘客离开（或由救援人员帮助离开）。因此，今天的电池外壳必须通过越来越具有挑战性的火焰测试，在高温和高压下保持相当长的时间。

不论在哪一个领域，复合材料电池外壳与金属相比都具有可量化的优势：质量更轻，设计自由度更高，空间效率更高，组装速度更快，无腐蚀，更耐用，以及在特定配方下，更好的阻燃性/防火性。与基准的金属设计相比，这种优越的性能也可以不影响成本，甚至进一步降低成本。

然而，任何一种材料都有其挑战性。虽然隔热是一个好处，但电绝缘是业界一直在攻克的难题。需要确保电池组受到附近和车载电信号源的保护，而且电池模块不会产生影响其他车载电子设备正常运行的信号，包括高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS）。