不锈钢应用
STAINLESS STEEL application

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Forta H高性能不锈钢为电动汽车保驾护航
来源: | 作者:Emma | 发布时间: 2023-10-10 | 999 次浏览 | 分享到:

   奥托昆普已经开发了各种类型的不锈钢,以帮助汽车设计师打造出坚固,耐用,且轻便的车辆结构,尤其适用于电车中用于存放锂电池的电池壳,除了安全,轻便的基本性能以外,耐热性也是非常的关键,因此奥托昆普推出了超高强度不锈钢Forta H。

   复杂的设计和机械性能是电车发展面临的严峻挑战,尤其是电池外壳,为了防止热失控,必须保护电池模组免受腐蚀、极端温度、石子撞击和碰撞变形等环境影响,同时也需要便于更换和维护,另外电动汽车碰撞时的安全性能也非常重要,特别是在极端的碰撞时,例如侧面或者底部的撞击。还需要有效的热管理,可以确保电池维持在15°C -35°C之间的理想工作温度。

   传统的电池外壳大多使用铝和低合金钢制作,但是在车辆结构的设计,制造的灵活性,以及安全性能等方面,这些材料都会受到限制,不锈钢具有良好的可塑性,耐高温等特性可以帮助应对这些挑战。此外,不锈钢和电车整体的可持续发展目标一致,事实上,不锈钢可以一次又一次循环使用而又不损失重量,是最具可持续性的材料。

   Forta H系列-为车辆结构中关键的安全部件而研发

   Forta H系列是电池外壳的最优选择,是新一代全奥氏体不锈钢,专为车辆结构中关键的安全部件而研发。Forta H1000的屈服强度Rp0.2≥1000mpa,具有良好的延展性,为电车的轻量化提供了新的选择。Forta H系列因具有优异的能量吸收性能,在车辆发生碰撞时,能够确保电池外壳的完整,承受爆燃的高温,保证乘客的安全。

   耐高温

   不锈钢不仅可以减轻重量,提高抗碰撞能力,最重要的是具有优异的耐高温性能,在发生火灾时,可以确保乘客的安全。车辆规定的火灾逃离有效时间是10分钟,以便乘客安全撤离,但是传统的铝电池舱, 在600°C时仅有5分钟的安全时效。相比之下,测试表明Forta H系列的奥氏体不锈钢,在高达 1250°C的温度下,安全时效仍然超过10分钟。除奥氏体不锈钢以外,奥托昆普还开发了Therma系列的铁素体不锈钢,同样可以在高温环境下保持出色的性能。

          深冲性能

   高强度和高延展性的完美结合使奥氏体不锈钢具有出色的深冲性能。可以完成复杂的设计,提高组件的刚度,关于不锈钢在电池外壳上的应用,可以在如下设计方案中找到。

   电池外壳

   电池外壳必须为电池提供尽可能大的空间,同时满足密封性和机械负载的要求。一个简单的几何形状的电池外壳可以通过深冲不锈钢来实现,与使用低合金钢和铝通过挤压方式制作的电池外壳相比,这种方法制作的电池外壳,其密封性好,制作流程简单。此外,通过深冲方式制作的电池外壳,电池底座无需焊接,包装简单,这也消除了热变形,降低了清洗要求,从而节约了生产成本。

图1:电动汽车电池仓的不锈钢概念

   热管理

   用于电车的锂电池在密封的电池外壳内会产生大量的热量。在损坏的情况下,液体冷却剂不能与电池模块直接接触。被动式散热是电池模块理想的冷却方案,生产,组装以及后续的检修都更有优势。当温度超过45°C会导致电池损坏,同样,当温度低于- 5°C时,充电容量和行驶里程数会下降,因此冬季可能需要间接系统供暖。相对于挤压和压铸成型的铝合金外壳,不锈钢的隔热性能较好,确保了电池的热管理功能,提升电池的性能。

   图2展示了双壁外壳的原理,其中内壳包含电池模块,外壳包含冷却/加热电路。使用由铁素体不锈钢薄板制成的内壳和奥氏体不锈钢厚板制成的外壳充分发挥了材料的性能优势。

图2:双壁壳概念,集成热管理

   碰撞框架

   高能量吸收是设计碰撞框架的关键,它位于电池壳和车身护板之间,能够在车辆发生侧面碰撞时起到保护作用。除了形状的设计以外,材料的选择也是至关重要的,不仅需要具备优异的延展性,还要有极高的强度。

   Forta H系列具有优异的TWIP (孪晶诱导塑性)性能,可以生产出形状复杂的冷弯型材,由于其形状的复杂性,且具有高刚度。加工成型后会使材料硬化,从而产生极高的强度。

   


图3:碰撞框架采用高强度枕板形式减撞

   另一种碰撞框架概念是内部高压成形,使用活性流体介质生产极其坚硬的枕型板减撞装置,见图3。同样,该工艺加工后能产生显著的材料硬化,而几何形状提供高刚度。就像双腔原理一样,一个向外的能量吸收区域可以选用较薄的钢板。两个区域之间的空间可以用于其他应用,如热管理系统。

   底部防护

   底部防护装置对电池外壳起到补充作用,以保护热管理系统和电池模块免受底板下区域的入侵,在撞击的过程中吸收冲击能量,起到缓冲作用。刚度是非常关键的,可以缓冲撞击能量,另外这个区域也是一个高腐蚀的环境,因此不锈钢是最理想的选择。

   一种方法是通过把冷成型的不锈钢压缩弹簧嵌入双层底板,如图4所示。这种设计方法可以有效减少碰撞对底板的冲击力。此外,其他具有弹簧特性的不锈钢系统也可以被有效地使用,例如波纹金属板或弯曲结构。

图4:双层弹簧设计示意图

   不锈钢帮助电车普及

   不锈钢具有非常优异的性能,可以解决电车电池外壳设计和制造相关的复杂问题。这使得将防火性、碰撞安全性和热管理相结合的创新概念成为可能。对于汽车制造商及其客户来说,这将对安全、性能和续航里程产生积极的影响,有助于进一步提高电动汽车的普及程度。