Teil 2. Technologie: Aluminiumextrusion + Rührreibschweißen als Mainstream, Laserschweißen und FDS oder werden sie die Zukunftsrichtung
1. Im Vergleich zum Druckgießen und Stanzen ist das Formen von Aluminium-Extrusionsprofilen und anschließendes Schweißen derzeit die gängige Technologie für Batteriekästen.
1) Die Ziehtiefe der Schale unter dem durch die gestanzte Aluminiumplatte verschweißten Batteriesatz, die unzureichende Vibrations- und Schlagfestigkeit des Batteriesatzes und andere Probleme erfordern von den Automobilunternehmen eine starke integrierte Designfähigkeit von Karosserie und Fahrgestell.
2) Der Aluminiumguss-Batterieträger wird im Druckgussverfahren vollständig in einem Gussverfahren hergestellt. Der Nachteil besteht darin, dass die Aluminiumlegierung im Gussprozess anfällig für Unterguss, Risse, Kälteisolierung, Vertiefungen, Porosität und andere Defekte ist. Die Dichtungseigenschaften des Produkts nach dem Gießen sind schlecht, und die Dehnung der Aluminiumgusslegierung ist gering, was zu Verformungen nach Kollisionen führt.
3) Das Batteriefach aus extrudierter Aluminiumlegierung ist das derzeit gängige Designschema für Batteriefächer. Durch das Spleißen und Verarbeiten von Profilen werden unterschiedliche Anforderungen erfüllt. Es bietet die Vorteile eines flexiblen Designs, einer bequemen Verarbeitung und einer einfachen Modifizierung usw. Leistung: Das Batteriefach aus extrudierter Aluminiumlegierung weist eine hohe Steifigkeit, Vibrationsfestigkeit, Extrusions- und Schlagfestigkeit auf.
2. Der Prozess der Aluminiumextrusion zur Herstellung des Batteriekastens läuft im Einzelnen wie folgt ab:
Die Bodenplatte des Kastenkörpers wird durch Reibrührschweißen geformt, nachdem der Aluminiumstab extrudiert wurde. Der untere Kastenkörper wird durch Schweißen mit vier Seitenplatten geformt. Derzeit werden für gängige Aluminiumprofile gewöhnliche Werkstoffe wie 6063 oder 6016 verwendet. Die Zugfestigkeit liegt grundsätzlich zwischen 220 und 240 MPa. Bei Verwendung von hochfestem extrudiertem Aluminium kann die Zugfestigkeit über 400 MPa liegen. Im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumprofilen kann das Gewicht des Kastens um 20 bis 30 % reduziert werden.
3. Auch die Schweißtechnologie wird ständig verbessert. Der aktuelle Mainstream ist das Rührreibschweißen.
Da das Profil verbunden werden muss, hat die Schweißtechnologie einen großen Einfluss auf die Ebenheit und Genauigkeit des Batteriekastens. Die Schweißtechnologie für Batteriekästen wird in traditionelles Schweißen (WIG-Schweißen, CMT) und mittlerweile auch in das gängige Reibschweißen (FSW), das fortschrittlichere Laserschweißen, die Bolzenselbstanzugstechnologie (FDS) und die Klebetechnologie unterteilt.
Beim WIG-Schweißen wird unter Schutzgas gearbeitet. Der zwischen Wolframelektrode und Schweißteil erzeugte Lichtbogen erhitzt das geschmolzene Grundmetall und den Fülldraht und erzeugt so hochwertige Schweißnähte. Mit der Weiterentwicklung der Kastenstruktur werden jedoch die Kastengröße größer, die Profilstruktur dünner und die Maßgenauigkeit nach dem Schweißen verbessert. Dadurch hat das WIG-Schweißen jedoch Nachteile.
CMT ist ein neues MIG/MAG-Schweißverfahren. Es nutzt einen hohen Impulsstrom, um den Schweißdraht gleichmäßig zu schweißen. Durch Oberflächenspannung, Schwerkraft und mechanisches Pumpen entsteht eine durchgehende Schweißnaht mit geringer Wärmezufuhr, Spritzfreiheit, Lichtbogenstabilität und hoher Schweißgeschwindigkeit. Es bietet weitere Vorteile und eignet sich zum Schweißen verschiedener Materialien. Beispielsweise wird für die Kastenstruktur unter dem Batteriegehäuse von BYD- und BAIC-Modellen meist CMT-Schweißtechnologie verwendet.
4. Beim herkömmlichen Schmelzschweißen treten aufgrund der hohen Wärmezufuhr Probleme wie Verformung, Porosität und ein niedriger Schweißnahtkoeffizient auf. Daher wird häufig die effizientere und umweltfreundlichere Reibrührschweißtechnologie mit höherer Schweißqualität eingesetzt.
FSW basiert auf der durch die Reibung zwischen der rotierenden Mischnadel und der Wellenschulter erzeugten Wärme und dem Grundmetall als Wärmequelle. Durch die Rotation der Mischnadel und die axiale Kraft der Wellenschulter wird der Plastifizierungsfluss des Grundmetalls erreicht, wodurch die Schweißverbindung entsteht. FSW-Schweißverbindungen mit hoher Festigkeit und guter Dichtleistung werden häufig beim Schweißen von Batteriegehäusen eingesetzt. Beispielsweise verfügt das Batteriegehäuse vieler Modelle von Geely und Xiaopeng über eine doppelseitige Reibrührschweißstruktur.
Beim Laserschweißen wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte verwendet, um die Oberfläche des zu schweißenden Materials zu bestrahlen, das Material zu schmelzen und eine zuverlässige Verbindung herzustellen. Laserschweißgeräte sind aufgrund der hohen Anfangsinvestition, der langen Amortisationszeit und der Schwierigkeit des Laserschweißens von Aluminiumlegierungen bisher nicht weit verbreitet.
5. Um die Auswirkungen der Schweißverformung auf die Kastengrößengenauigkeit zu verringern, werden die Bolzenselbstanzugstechnologie (FDS) und die Klebetechnologie eingeführt. Zu den namhaften Unternehmen zählen WEBER in Deutschland und 3M in den USA.
Die FDS-Verbindungstechnologie ist ein Kaltumformungsverfahren für selbstschneidende Schrauben und Bolzen. Durch die Spannwelle des Gerätezentrums wird die Hochgeschwindigkeitsrotation des Motors zur Verbindung mit der Platte durch Reibungswärme und plastische Verformung geleitet. Sie wird üblicherweise mit Robotern eingesetzt und weist einen hohen Automatisierungsgrad auf.
Bei der Herstellung von Batteriepacks für neue Energien wird das Verfahren hauptsächlich auf die Rahmenstruktur angewendet. Dabei wird ein Klebeverfahren eingesetzt, um eine ausreichende Verbindungsfestigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig die Dichtleistung des Gehäuses zu gewährleisten. Beispielsweise wird das Batteriegehäuse eines NIO-Automodells mit FDS-Technologie hergestellt und in großen Mengen produziert. Die FDS-Technologie bietet zwar offensichtliche Vorteile, hat aber auch Nachteile: Hohe Gerätekosten, hohe Kosten für Schweißvorsprünge und Schrauben usw. sowie die Betriebsbedingungen schränken ihre Anwendung ein.
Teil 3. Marktanteil: Der Markt für Batteriekästen ist groß und weist ein schnelles Gesamtwachstum auf
Das Volumen reiner Elektrofahrzeuge nimmt weiter zu, und der Markt für Batteriekästen für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb wächst rasant. Basierend auf den inländischen und weltweiten Absatzschätzungen für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb berechnen wir den inländischen Markt für Batteriekästen für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb, indem wir den durchschnittlichen Wert pro Einheit für Batteriekästen mit alternativem Antrieb annehmen:
Kernannahmen:
1) Im Jahr 2020 wurden in China 1,25 Millionen Fahrzeuge mit alternativen Antrieben verkauft. Dem mittel- und langfristigen Entwicklungsplan für die Automobilindustrie der drei Ministerien und Kommissionen zufolge kann man davon ausgehen, dass sich die Verkaufszahlen von Personenkraftwagen mit alternativen Antrieben in China im Jahr 2025 auf 6,34 Millionen belaufen werden und die Produktion von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben im Ausland 8,07 Millionen erreichen wird.
2) Das Inlandsabsatzvolumen reiner Elektrofahrzeuge beträgt im Jahr 2020 77 %, wobei davon ausgegangen wird, dass das Verkaufsvolumen im Jahr 2025 85 % betragen wird.
3) Die Durchlässigkeit des Batteriekastens und der Halterung aus Aluminiumlegierung wird bei 100 % gehalten und der Wert eines einzelnen Fahrrads beträgt 3000 RMB.
Berechnungsergebnisse: Schätzungen zufolge wird der Markt für Batteriekästen für Personenkraftwagen mit alternativer Energie in China und im Ausland bis 2025 etwa 16,2 Milliarden RMB bzw. 24,2 Milliarden RMB betragen, und die durchschnittliche Wachstumsrate von 2020 bis 2025 wird 41,2 % bzw. 51,7 % betragen.
Veröffentlichungszeit: 16. Mai 2022
