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1、电动汽车用铝合金电池包下壳体编制说明2020年08月06日编制说明一、工作简况1 立项目的和意义随着世界能源危机和环境污染问题日益严重，汽车轻量化越来越受到人们的重视，轻量化对汽车节能减排的效果直接而显著。试验证明，对于传统燃油汽车，汽车整备质量每减轻10%，可降低油耗6%8%，排放下降3%4%；对于新能源纯电动汽车，汽车整备质量每减少10%，电耗下降5.5%，续航里程增加5.5%。同时汽车质量的降低可减小汽车制动距离，提高安全性能。所以，无论是对传统燃油汽车，还是对新能源汽车，汽车轻量化研究均具有重要意义。轻量化并非简单地将整备质量减轻，而是在保证强度和安全性能的前提下尽可能地降低整备质量并
2、保证制造成本在合理范围内，以实现安全性和经济性的兼顾统一。电池包箱体作为动力电池的承载和防护机构，在电池包系统中占据重要位置，而且其整备质量目前偏大，具有较大的轻量化空间，同时对于电池包能量密度的要求逐步提高，使得电池包箱体轻量化发展迫在眉睫，解决电池包的轻量化主要从电池包箱体的材料和结构连接入手。电池包箱体的位置位于汽车的底盘，见图1。图1 电池包位于汽车位置示意图传统电池包箱体一般采用低碳钢钣金和焊接工艺加工而成，成本较低但箱体质量较大，严重影响电池包系统能量密度的提高和新能源汽车轻量化的进程，不符合发展趋势。目前针对电池包箱体轻量化的主要手段为轻量化材料应用和轻量化结构设计。电池包箱体轻
3、量化材料应用主要包括铝合金材料、高强钢材料和复合材料的应用等，目前铝合金替代传统低碳钢在电池包箱体上得到了大范围的应用，铝合金箱体成为电池包箱体发展的一个重要方向。铝合金电池包箱体主要有铝型材箱体和铸铝箱体两种形式，其中铝型材箱体由于尺寸设计范围大、模具开发成本低、材料性能优越等优点获得了大量的关注。电池包箱体上盖采用热固性复合材料成型，如SMC、BMC等，已广泛应用于电池包生产。电池包箱体轻量化不仅涉及轻量化材料的应用，而且与箱体结构的合理设计密切相关，优化箱体结构设计也是实现汽车轻量化的一个重要途径。通过CAD/CAE/CAM一体化技术对电池包箱体总体结构进行分析和优化，实现箱体零部件的精
4、简、整体化和轻量化，已成为电池包箱体开发中主要的设计方向。电池包安全性需考虑热管理，其不仅对电池的循环寿命、工作温度起着重要影响，对于电池包整体轻量化以及能量密度的提高也非常重要。在电池包现有的热管理轻量化上，冷板结构采用较多的是钎焊工艺和吹胀工艺，如口琴管、冲压板、吹胀板等。针对此类冷板结构，要单独放在电池箱体上，利用CFD仿真技术和参数设计，对冷板流道进行优化，保证电池的散热性。同时结合流固耦合仿真对冷板的结构进行轻量化设计，保证冷板结构强度。此外，将热管理系统集成于箱体结构中是目前实现整体结构轻量化研究和探讨的方向，该方法在下箱体内嵌入流道，或利用挤压型材布置流道，利用CFD、参数优化设
5、计以及流固耦合的方法，来对内部流道以及结构进行优化。这种结构不仅可以直接承受模组的重量，也避免了单独冷板在恶劣工况下的泄露，同时实现了电池包整体的轻量化，对电池包系统的发展具有重大意义。2. 任务来源 全国有色标委会下达了电动汽车用铝合金电池包下壳体团体标准的起草任务，完成时间为2020年。3. 项目编制组单位状况简介3.1 编制组成员单位本文件由辽宁忠旺集团有限公司、广东省材料与加工研究所、广东和胜工业铝材股份有限公司、凌云工业股份有限公司、福建祥鑫股份有限公司、江阴东华铝材料科技有限公司、广东省工业分析检测中心、国标（北京）检验认证有限公司、山东南山铝业股份有限公司、福建省南平铝业股份有限
6、公司、山东华建铝业集团有限公司、广东坚美铝型材厂（集团）有限公司、广东兴发铝业有限公司、广东凤铝铝业有限公司、龙口市丛林铝材有限公司、天津新艾隆科技有限公司、广东伟业铝厂集团有限公司、山东兖矿集团有限公司、捷安特轻合金科技（昆山）股份有限公司、东北轻合金有限责任公司、鼎美（昆山）新材料科技有限公司、江西理工大学、广东永利坚铝业有限公司、广东豪美铝业有限公司、西南铝业（集团）有限责任公司、山东裕航特种合金装备有限公司共同起草。4. 主要工作过程4.1 第一次标准工作会议2019年3月，由全国有色金属标准化技术委员会在株洲主持召开了电动汽车用铝合金电池包下壳体第一次工作会议，会议上对标准的起草任务
7、进行落实，成立了标准编制组，编制组单位各自领取相关工作。4.2 第二次标准工作会议2019年7月，由全国有色金属标准化技术委员会在云南大理主持召开了电动汽车用铝合金电池包下壳体第二次工作会议，会议上编制组对标准的内容以及试验进展情况和试验数据进行了讨论，增加了6A66和7A21两个合金牌号，删除了压铸件、紧固件以及胶接部分，焊接存在问题的单位需重新补做试验，标准文稿中增加了附录部分。二、 标准编制原则 本文件起草单位自接受起草任务后，成立了本系列标准编制工作组，经过收集生产信息、检验数据、检测方法、市场需求及客户要求等信息，初步确定了电动汽车用铝合金电池包下壳体团体标准起草所遵循的基本原则和编
8、制依据：（1） 标准内容全面，从材料到成品均有要求铝合金电池包下壳体涉及原材料为型材和板材，本文件中均有所规定；铝合金电池包下壳体涉及的基本要求，包括装配公差、焊接质量、涂层质量、气外壳防护等级11=111111、禁用物质和外观性能；铝合金电池包下壳体涉及质量保证性能，包括耐振动性能、耐湿热循环性能、抗盐雾腐蚀性能和耐挤压性能。（2） 产品为深加工产品，提高型材、板材等原材料的附加值铝合金电池包下壳体为深加工产品，需要经过焊接、胶接、铆接及螺接等形式将型材、板材连接起来；相对于原材料来说，经过深加工后的产品，在市场上的附加值高，使得众多原材料厂商转型深加工。（3） 替代钢制电池包下壳体，减轻电
9、动汽车的重量，达到节能减排的效果铝合金质轻且强度高，其密度为铁的三分之一，较同等级别的电池包下壳体，可减重30%50%。电池包下壳体是电动汽车的核心部分，减少电池包下壳体重量，可减少能耗，提高电池包的能量密度，从而达到节能减排效果。三、 确定标准主要内容的依据1. 范围根据电动汽车用铝合金电池包下壳体（以下简称电池包下壳体）的产品指标，将该标准分为术语及定义、结构及连接方式、原材料质量保证、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存、订货单（或合同）内容等几方面。本文件涉及了电池包下壳体的所用材料，包括型材、板材；电池包下壳体的成品质量以及电池包下壳体工艺保证质量。本文件主要用于铝合金型
10、材或板材为主制作而成的电池包下壳体，这里包括全部用铝合金型材或板材通过焊接方式形成的电池包下壳体，也包括主体为铝合金型材或板材组合而成，但一些零部件由压铸直接成型后通过焊接与主体连接的电池包下壳体。2. 术语与定义在术语与定义中主要用到了GB/T 19596-2017界定的术语，还有本文件的主体电池包下壳体的定义，主要从电池包下壳体的用途上进行定义，主要区别于电池包壳体，电池包壳体是一个封闭的空间，包括上盖，该上盖的材质一般为碳纤维，与铝合金并没有关系，所以，本文件没有包括上盖。3. 结构 本文件涉及到的电池包下壳体主要是型材和板材拼接而成的电池电池包下壳体，该电池电池包下壳体的灵活性大，可以
11、满足各类车型。经调研（见表1），不同厂家不同车型的电池电池包下壳体的外观都不同，但是电池包下壳体的主要结构都会存在，就是底板，框架和吊耳。一般电池包下壳体主要的连接方式是焊接，底板的连接是搅拌摩擦焊，可以保证底板的承重性能。框架一般用弧焊，例如MIG、TIG。表1 不同汽车的结构图片序号项目代号图片1BMW SE122捷豹路虎X3913蔚来汽车ES8 4本田BT055长城汽车141E6BYD A67大众 Bora BEV8一汽 FME9北汽EJ1010BYD SAHF11东风小康 F50712博郡B314. 原材料质量保证4.1 铝合金型材本文件主要涉及的原材料是铝合金板材和型材。电池包下壳体
12、用到型材牌号主要有6005、6005A、6063、6061、6082、6013、6351、6A66、7A21。这些牌号是由凌云、和胜、东华、裕航等企业提供的客户需求。本文件针对这九个牌号14个状态进行了试验。在标准中的附录A中，主要规定了铝型材的牌号状态、化学成分、尺寸偏差、力学性能、型材可焊性等内容，从原材料上保证了电池包下壳体的性能。本文件涉及两个新增铝型材牌号为6A66和7A21。该两种牌号是某企业为研发电池包下壳体专门研发出的两个牌号，该牌号已通过国家认证，本文件写明这两种牌号的化学成分和力学性能。4.2 铝合金板材 本文件除了型材外，还涉及一部分板材，一般板材用于底板，可以减少焊缝的
13、存在，提高电池包下壳体的气密性。经向西南铝和天津忠旺两家企业了解，目前电池包下壳体涉及的牌号为5754和5182两个牌号，我公司已针对该牌号进行取样分析。本文件也对铝合金板材的牌号及状态、化学成分、尺寸偏差、力学性能和板材可焊性进行了规定。本文件写出的这些牌号的性能，一方面可以帮助主机厂进行在设计时有选择性，一方面可以规范铝型材厂质量要求。5. 要求 本文件涉及的是总成产品电池包下壳体。因此，在要求中主要是针对电池包下壳体进行规定。根据调研结果，电池包下壳体的主要检测项为装配公差、焊接要求、涂层性能、外壳防护等级、禁用物质和外观质量。5.1 装配公差作为总成件来说，装配公差是主要的检测指标。装
14、配公差是确保电池包下壳体可以与汽车装配到一起的最基本的参数。由于电池包下壳体根据不同的车型，不同的主机厂，其装配公差也不同，因此，主要是根据客户在图纸上的装配公差要求，但是对于未标注的公差和角度公差可以按照GB/T 1804中m级的规定。GB/T 1804-2000中公差等级主要分为紧密f、中等m、粗糙c、最粗v共4个等级。表2和表3分别给出了线性尺寸的极限偏差数值和倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值。未注明的形位公差需按照GB/T 1184-1996中k级规定。GB/T1184-1996中主要分为H、K、L三个等级，形位公差主要包括直线度和平面度、圆度、圆柱度。位置公差主要包括平行度、垂直
15、度、对称度、同轴度、圆跳动。本文件涉及的电池包下壳体的形位公差和位置公差不能超过GB/T 1184-1996的规定。表2 未注直线公差等级极限偏差数值公差等级基本尺寸分段0.53366303012012040040010001000200020004000中等m0.10.10.20.30.50.81.22表3 倒圆半径和倒角高度尺寸的极限偏差数值公差等级基本尺寸分段0.53366303中等m0.20.512本文件除了满足客户需求外，还给出了几个重要指标，比如整车吊装位、上盖安装位、模组安装位等位置尺寸以及与整车安装时局部平面度和整体平面度，这几个数据是保证电池托盘能够安装到整车上的必要公差，在本文件里提出。5.2 焊接要求焊接是电池托盘的主要连接方式，由于焊接是热输入方式，因此电池托盘在焊接过程中容易变形，这就需要考虑焊接顺序及焊接工艺，保证焊接的尺寸和位置公差不能低于GB/T 19804-2005中C级的要求。保证焊接公差是保证整体尺寸的基础。焊接质量的好坏主要体
