【全球通专栏】环氧树脂SMC用于电动车电池外壳可否真能替代其他材料？

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      根据赢创工业集团（德国埃森）在2021年报告中说，它正在领导一个合作伙伴联盟，该联盟使用玻璃纤维增强的环氧树脂片状模塑料（SMC）为电动汽车解决方案开发了一个更轻、更经济的高压电池外壳概念。该整体电池系统概念旨在为汽车行业提供一个更安全、更节能的金属或价格更高的碳纤维增强塑料（CFRP）的替代品。该团队包括赢创、设计专家Forward Engineering（德国慕尼黑）、电池技术专家LION Smart（德国Garching）、合成商和制造商Lorenz Kunststofftechnik（德国Wallenhorst）以及工程服务和业务发展专家Vestaro（慕尼黑，赢创和Forward Engineering的合资公司），以及MINTH（中国嘉兴市），一家全球电动车电池外壳和其他汽车结构制造商。该联盟开发的复合电池外壳概念可用于三种电池尺寸。65千瓦时（kWh）、85千瓦时和120千瓦时，用于各种尺寸和级别的车辆。

      赢创应用技术ECA复合材料和粘合剂经理Sebastian de Nardo说，该电池外壳的起源可以追溯到几年前。他说，赢创在更广泛的复合材料市场上认识到，需要一种环氧树脂SMC，以减少挥发性有机化合物的暴露，快速和容易加工，减轻重量，并提供比标准SMC更好的性能和机械性能。这首先使赢创开发了VESTALITE S，一种新的胺基环氧硬化剂。de Nardo说，它实现了环氧SMC中所寻求的许多属性。他说，VESTALITE S可与任何环氧树脂兼容，并可提高粘度、反应性和玻璃化转变温度（Tg）。它还能提供高达65%的纤维体积分数（FVF），以及在B阶段达到低残余收缩率。赢创与合成商Lorenz Kunststofftechnik合作，开发了带有VESTALITE S固化剂的环氧树脂配方，然后将注意力转向寻找应用。de Nardo说，鉴于电动车电池外壳对机械、重量和成本的要求很高，赢创认为这是一个不错的选择。该公司最终与电池技术公司LION Smart建立了联系，并与Forward Engineering合作，开始设计外壳，以封闭和保护LION Smart的电池技术。de Nardo说，最终的设计是完全新颖的，并且符合赢创希望的几个特点，使该外壳能够很好地满足电动车OEM的需求。这些特点包括简易性、可扩展性、最少的零件数量和易于组装。de Nardo说："我们希望系统保持简单，以展示SMC的能力。外壳的设计细节包括平坦的铝底，玻璃纤维/环氧树脂SMC顶盖中的形状，模制的结构肋骨，模制的插入物，模制的安装点，以及组装时简易的盖子密封。

       外壳所包含的电池技术由LION Smart公司开发，被称为LION Light Battery。它由多个超级电池组成。每个超级电池都浸泡在电介质冷却液中，从而提供较低的平均工作温度，延长了电池的使用寿命。这项技术要求在外壳内集成一个冷却剂泵，并在外壳外集成一个热交换器。而该设计可以满足这一要求。LION轻型电池的模块化设计允许扩展到120千瓦时，通过进一步的设计调整，它可以扩展到适应高能量的电动车，如公共汽车和卡车，它们通常需要200千瓦时的系统。

       赢创与Vestaro合作，验证了环氧树脂SMC外壳的可加工性。Vestaro公司的项目工程师Philipp Taschner说，该公司在现有的复杂SMC工具中制造了几个硬件演示器，以验证该材料在现实生活条件下的可加工性。这些演示器外壳是在迪芬巴赫（加拿大安大略省温莎）的一台压机上生产的。模具是由Lorenz Kunststofftechnik公司开发的，如果外壳进入生产阶段，该公司可能会生产这种外壳。Taschner说，环氧树脂SMC在150℃下的反应时间约为3分钟。乙烯基酯SMC的VOC排放量通常为969微克/克，而环氧SMC的VOC排放量仅为9微克/克，没有苯乙烯排放。如前所述，该外壳有三种配置。65千瓦时的系统提供400伏电压，重量为412公斤。85千瓦时的系统提供400伏电压，重量为528公斤。120千瓦时的系统提供800伏电压，重量为790公斤。每种配置的结构都来自于相同的模具，在X和Y方向上是可以扩展的。

       完成的外壳在各种服务环境中进行了测试；结果是压倒性的积极。该外壳比其他基于SMC的外壳轻9.8%，提供高达350公斤的侧面冲击保护和良好的热绝缘性能。热性能特别强。在暴露于800℃的直接高温下10分钟后，外壳没有被烧穿，最高外部温度仅为350℃，并且测量的机械强度为1.9MPa。有了一个机械和热可行的产品，以及一个可以适应相对较高制造量的工艺，Vestaro现在正与欧洲内外的电动汽车OEM以及汽车一级供应商合作，将其植入生产车辆中。如果当这种外壳在商业化车辆中实现时，来自Vestaro的Taschner预计设计将被修改，以满足动力系统本身的工作包络和要求。他说：“我们将根据OEM的要求调整这一概念，”他补充说，MINTH加入团队后，提供了“金属结构和大规模生产方面的专业知识。他们为已经存在的伙伴关系增加了巨大的价值”。

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