「本文来源：全国能源信息平台」电动汽车(EV)结构的轻量化是帮助延长续航里程的一个关键因素，这是加速电动车普及的必要条件。一个具体的减重对象是用来放置电池的电池盒。迄今为止，既要支撑电池重量又要保护电池的要求往往使这些外壳本身变得沉重。不过，现在，一些研究计划正在寻求通过使用新的轻质材料应用来缓解这种情况。在德国达姆施塔特的Fraunhofer结构耐久性和系统可靠性研究机构，一个新完成的项目开发了一种轻质电池外壳，该外壳由连续纤维增强热塑性塑料(CFRTP)采用创新的泡沫注塑成型工艺制成。该结构使用了两层CFRTP，中间有一层泡沫层，据称与铝制结构相比，重量可减少40%。三明治结构该项目的负责人FelixWeidmann博士证实了这些细节。“这种结构基于三明治结构，旨在在低重量的情况下实现非常高的力学性能。这是在组件中遵循轻量级设计方法的经典方法，可以在许多应用中找到，”他说。“到目前为止，这一直非常昂贵，但我们的新材料和工艺方法在成本敏感的应用中更具竞争力。”在制造过程中，外层首先由交叉单向(UD)胶带铺设程序形成。必要的固结过程是使用双带压机完成的，Weidmann博士将其描述为“制造热塑性复合材料层合板最具成本效益的方法”。然后在激光切割和局部热成形过程中进行“3D预成型”，只对需要弯曲的结构部分进行加热和冷却循环，以达到所需的形状。Weidmann博士解释说：“切口和它们特定的轮廓可以折叠成3D预制件，类似于包装箱/纸箱。”此外，Weidmann博士说，这种“热弯曲”技术避免了材料结晶特性的更广泛的改变，否则可能会在实际的电池外壳制造过程中造成问题。“我们在需要弯曲轮廓以实现3D预制件的地方引入了局部热循环，”他指出。在注射成型过程中，外层与泡沫层相结合以产生承载能力。“这基本上是聚合物界面的熔融键合过程，”Weidmann博士说。“在加工过程中，模具和材料的温度以一种能够使泡沫芯材和复合材料面板之间牢固粘合的方式确定，”他说，所需的注入压力非常低，泡沫芯的注射大约需要5秒钟。目前，将工件从模具中取出所需的冷却时间接近秒，但Weidmann博士相信可以实现更短的时间。虽然三明治式的材料配方已经是一种很好的实现轻量化和高强度结合的方法，但Weidmann博士表示这个项目仍然拥有许多创新功能。“在热塑性复合材料混合注射成型技术领域，这种原位CFRTP夹层成型工艺是一种非常新的工艺，”他说，“但我们是世界上唯一一家将其推向如此庞大且技术要求极高的3D结构（比如电池外壳）的公司。”Fraunhofer过程：一个必须解决的特殊问题涉及三明治结构的收缩和翘曲预测，以及泡沫芯和复合材料面板之间的关键粘合发展。正如Weidmann博士指出的那样，“目前还没有商业上可用的模拟解决方案。”然而，该项目使用Weidmann博士自己开发的新方法，成功地验证了收缩和翘曲的适当模拟，以及后一种情况下的粘合行为。因此，Weidmann博士相信最终的材料和工艺组合提供了一种吸引力的混合功能。“由于结构原因，它不需要任何金属，”他说。“这是一种完全由聚合物和复合材料制成的电池结构，可以容纳任何形状的电池。”他补充说，除了重量轻、成本低和不导电外，该技术的发展促进了设计的自由，包括几何形状和材料的选择，以支持“几乎任何应用要求，包括非常强的阻燃性”。该项目涉及分别由菲亚特(Fiat)和依维柯(Iveco)参与的插电式电动汽车和全电动巴士的电池外壳开发，但Weidmann博士表示，已经有来自更广泛行业的令人鼓舞的反馈。此外，他说，这项技术并不局限于电池结构，还适用于任何要求成本效益轻量化设计的组件。联盟开发的解决方案在德国的其他地方，一个企业联盟在过去几年的工作中开发了一种电池外壳，该外壳使用安装在铝基板上的玻璃纤维增强SMC（片状模塑料），据称有助于减轻约10%的重量与常用的现有材料组合相比，不会影响机械性能。涉及的企业包括：玻璃纤维产品制造商LorenzKunststofftechnik；材料化学专家赢创；材料和生产工艺开发商ForwardEngineering；电池供应商LIONSmart；复合材料专家Vestaro和电池外壳供应商Minth。LorenzKunststofftechnik首席运营官PeterOoms表示，该项目使用赢创的环氧固化剂来开发密度在1.5-1.7gm/cm之间的新型SMC。“它具有出色的性能，例如大于MPa的弯曲强度、大于18,MPa的弯曲弹性模量和大于kJ/m2的抗冲击性，”他报告说。“此外，通过使用环氧树脂代替通常的聚酯树脂，可以消除通常在使用玻璃纤维增强SMC材料时出现的其他问题。”Ooms表示，热性能也令人印象深刻。“该材料可在°C下承受10分钟而不会烧穿，其绝缘性能可保护周围的组件和材料免受超过°C的温度影响。此外，通过使用环氧树脂代替通常的聚酯树脂，可以消除在使用玻璃纤维增强SMC材料时通常会出现的其他问题。”但是Ooms也指出了新发展中的三个特别的创新。他说：“首先，原料在20°C的常温条件下可以保存数月。”“第二是在材料中加入脱模剂，这样材料就不会粘在模具上。第三，任何使用传统或高科技SMC的客户都可以在不改变工艺的情况下使用这种材料。”据Ooms称，进一步的工作是针对完全复合结构的开发，但他确认新产品已经引起了汽车行业的兴趣。“已经有几家汽车制造商做出了承诺，”他表示。一些公司联合开发了一种电池外壳，使用玻璃纤维增强SMC安装在铝基板上，据称比常用的材料组合可减轻10%的重量。轻质层压板与此同时，在英国，位于Pershore的Stal

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