순수 전기 자동차에서 배터리 팩의 무게는 자중의 약 30%를 차지합니다. 배터리 팩의 경량화는 차량의 순항 범위를 개선하는 데 큰 의미가 있습니다. 따라서 배터리 팩의 높은 비에너지에 대한 연구는 현재 신에너지 자동차에 대한 주요 연구 방향 중 하나이며, 경량 전기 자동차를 달성하는 주요 방법이기도 합니다. 전원 배터리 팩의 경량화는 두 가지 방향으로 수행될 수 있습니다. 단일 셀 개선 배터리 팩의 에너지 밀도가 최적화되고 배터리 팩의 관련 액세서리가 최적화됩니다.

다중 소재 경량 배터리 팩의 개발은 다양한 경량 소재를 사용하여 배터리 팩의 무게를 줄이고 에너지 밀도와 순항 범위를 늘리는 동시에 안전성과 신뢰성을 보장하는 것을 목표로 합니다. 배터리 팩의 주요 구성 요소 중 배터리 셀 본체가 가장 질량이 크고, 그 다음으로 팩의 하단 상자, 상단 커버, BMS 통합 구성 요소가 있습니다.

1- 배터리팩 커버의 가벼운 디자인

배터리 상자의 상부 커버는 파워 배터리 상자 위에 위치하며 파워 배터리 상자의 측면에 영향을 받지 않으며 전체 배터리 팩의 품질에 영향을 미치지 않습니다. 그 기능은 주로 밀봉 및 보호를 포함합니다. 전체 차량의 에너지 효율을 개선하기 위해 설계에서 경량 소재도 고려됩니다. 알루미늄 합금 및 복합 소재(SMC, FRP 등)와 같은 경량 소재를 사용하면 배터리 팩의 무게를 크게 줄일 수 있습니다.

또한 상부 커버의 구조 설계는 제조 효율성과 대량 생산 요구 사항도 고려해야 합니다. 구조가 매우 불규칙한 경우 스탬핑 성형이나 굽힘 및 맞춤 용접을 사용하기 어려울 수 있습니다. 상부 커버의 설계는 또한 하부 상자 및 밀봉 구조 부품과 같은 다른 구성 요소와의 연결 및 협력을 고려하여 전체 배터리 상자의 구조적 안정성과 신뢰성을 보장해야 합니다.

2- 배터리팩 하부 셸의 가벼운 디자인

알루미늄 합금은 낮은 밀도, 높은 비강도, 우수한 열 안정성, 강한 내식성, 우수한 열 전도성, 비자성, 쉬운 성형 및 높은 재활용 가치로 인해 배터리 팩 셸에 이상적인 소재입니다. 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 소재에는 6061-T6, 6005A-T6 및 6063-T6이 있습니다. 이러한 소재는 항복 강도와 인장 강도가 다르며 다양한 구조적 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

배터리 팩 셸은 일반적으로 알루미늄 합금 프로파일 프레임과 바닥 플레이트로 구성되며, 6 시리즈 알루미늄 합금 압출 프로파일을 사용하여 용접됩니다. 프로파일 섹션의 크기와 복잡성, 벽 두께 등과 같은 요소는 다양한 구조적 및 기능적 요구 사항에 맞게 설계하는 동안 고려해야 합니다. 예를 들어, 프레임, 중간 파티션, 바닥 패널, 보 등과 같은 구성 요소는 서로 다른 단면 설계를 채택할 수 있습니다.

합리적인 구조 설계 및 연결 방법을 통해 쉘의 전체 강도를 효과적으로 보장하고 가공 난이도를 낮추며 쉘의 무게를 줄일 수 있습니다.

l 얇은 벽: 얇은 벽 디자인을 채택하고 강화재를 사용하여 강도 요구 사항을 충족함으로써 재료의 무게를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

l 중공 구조: 재료 밀도를 줄이기 위해 구조 설계에 중공 부분을 도입하는 것.

l 크기 최적화: 배터리 팩의 크기를 최적화하여 불필요한 재료 사용을 줄입니다.

l 토폴로지 최적화: 배터리 팩의 내부 구성 요소의 레이아웃을 최적화하여 재료가 차지하는 공간을 줄입니다.

l 통합 모듈형 디자인: 냉각 플레이트, 배터리 팩 리프팅 러그 및 기타 구성 요소를 상자에 통합하여 개별 구성 요소의 수와 무게를 줄였습니다.

3-경량화 기술 제조

l 소재 형성

현재 배터리 상자 소재 성형 공정에는 스탬핑, 알루미늄 합금 다이캐스팅, 알루미늄 합금 압출의 세 가지 주요 범주가 있습니다. 전력 배터리 상자의 전체 공정 흐름에는 소재 성형 및 연결 공정이 포함되며, 그 중 소재 성형 공정은 전력 배터리 상자의 핵심 공정입니다. 현재 상부 케이스는 주로 스탬핑이고 하부 케이스의 주요 공정은 압출 성형 및 알루미늄 합금 다이캐스팅입니다.

l 연결 기술

배터리 상자 연결 공정은 신에너지 자동차 제조에 매우 중요한 과정으로, 배터리 상자의 구조적 강도와 밀봉성을 보장하기 위해 다양한 기술과 방법이 사용됩니다.

용접은 배터리 박스 가공의 주요 연결 공정이며 널리 사용됩니다. 주로 다음 방법을 포함합니다.

① 전통적인 용융 용접: TIG(텅스텐 불활성 가스 용접) 및 MIG(금속 불활성 가스 용접)와 같은 TIG 용접은 속도가 낮고 품질이 높습니다. 스팟 용접 및 복잡한 궤적 용접에 적합합니다. 프레임 테일러 용접 및 사이드 빔 소형 조각 용접에 자주 사용됩니다. MIG 용접은 속도가 빠르고 침투성이 강하며 프레임 바닥판 조립체 내부의 전체 원형 용접에 적합합니다.

② 마찰교반용접: 마찰을 통해 열을 발생시켜 용접하는 방식으로, 접합품질이 양호하고 생산효율이 높은 특성을 가지고 있다.

③냉간 금속 전이 기술: 얇은 판재에 적합합니다. 용접 공정 중 열 입력이 없어 변형이 줄어듭니다.

④레이저 용접: 고정밀, 고속이며 복잡한 구조의 용접에 적합합니다.

⑤ 스터드용접 및 프로젝션용접: 특정 부품의 빠른 연결에 사용됩니다. 스터드용접은 스터드와 너트로 고정하고 프로젝션용접은 범프를 눌러 연결합니다.

기계적 접합 방법은 주로 얇은 판재의 용접 시 용접 용이성 및 나사산 미끄러짐 문제를 해결하는데, 여기에는 다음이 포함됩니다.

① 블라인드 리벳 너트: 박스 프레임의 밀봉 표면과 내부 캐비티 바닥판을 연결하는 데 사용됩니다. 고정 효율이 높고 사용 비용이 낮은 장점이 있습니다. 얇은 판과 다른 구성 요소 사이의 나사 연결에 적합합니다.

②와이어 스레드 인서트: 알루미늄 또는 기타 저강도 본체의 나사 구멍을 강화하고 나사의 하중 지지 용량과 나사산의 힘 분포를 개선하는 데 사용되며 배터리 모듈 장착 구멍과 밀봉 표면 장착 구멍에 적합합니다. 블라인드 리벳 너트와 비교할 때 와이어 스레드 인서트는 더 강하고 수리하기 쉽지만 일반적으로 얇은 벽 설치에는 적합하지 않습니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다