電動(dòng)汽車電池托盤防護(hù)的革命性發(fā)展
無(wú)論電池包、電池盒還是電池托盤,這些容納和保護(hù)電動(dòng)汽車(EV)電池及其相關(guān)電氣和熱管理組件的機(jī)構(gòu)都是電動(dòng)汽車行業(yè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次中的首要關(guān)注對(duì)象之一。增強(qiáng)電池托盤性能涉及多個(gè)方面,包括相關(guān)的制造工藝和材料、如何平衡質(zhì)量和外包裝、如何確保安全措施以及應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程挑戰(zhàn)等,其中一個(gè)關(guān)鍵就是形成一種適用于電池托盤和備用電源系統(tǒng)的成熟的耐酸防護(hù)涂層。這種涂層具有雙重作用,既能提供卓越的絕緣性能,同時(shí)還能有效抵抗酸性物質(zhì),增加耐腐蝕性能。
背景
隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量的增加,用以確保其電池系統(tǒng)功能和安全性的防護(hù)涂層的需求也在不斷增加,更加先進(jìn)、高效和環(huán)保的防護(hù)涂層也是各大電池制造商的研究課題。鑒于電動(dòng)汽車約40%的成本是由電池構(gòu)成的,因此,用適當(dāng)?shù)耐繉颖Wo(hù)電池,以保持其壽命和車輛性能變得至關(guān)重要。
電泳工藝應(yīng)用于電池托盤
將電泳工藝應(yīng)用于電池托盤,可以實(shí)現(xiàn)耐蝕涂層這一目標(biāo):電泳涂料加入電泳槽體中,將零件放入槽中,通過與陽(yáng)極板連接,形成一個(gè)閉合的電路。電泳漆液中的顆粒帶有電荷,在電場(chǎng)的作用下,帶電顆粒會(huì)沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng),從而沉積在零件基材表面,形成一層均勻的電泳涂層。電泳工藝具有電泳漆膜質(zhì)量高、電泳涂料利用率高、環(huán)保性能良好以及生成率高的特點(diǎn)。從本質(zhì)上講,電泳涂層工藝擅長(zhǎng)處理批量生產(chǎn)的部件,如蓋子、托盤、框架板、模塊支架和類似物品。雖然電泳工藝具有各種優(yōu)勢(shì),但也會(huì)遇到一些制造過程的問題,包括電泳涂層厚度不均勻、電泳漆與基底材料的兼容性問題,以及更環(huán)保的替代解決方案等。
通過優(yōu)化工藝過程、調(diào)整工藝參數(shù)和解決制造過程問題,制造商可以不斷地優(yōu)化電泳工藝過程,提高生產(chǎn)能力,確保交付質(zhì)量最好的產(chǎn)品。
電泳CAE仿真分析的作用
CAE仿真分析方法在實(shí)現(xiàn)高效和有效的電泳涂層工藝性能方面能夠提供重大的作用。
在將電泳工藝實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)之前,可以通過電泳CAE仿真分析評(píng)估其性能和質(zhì)量。通過采用 CAE 仿真分析手段,可以顯著減少實(shí)際工藝過程的迭代次數(shù),以及最大限度地減少試制驗(yàn)證的必要性,從而使制造過程更高效、更經(jīng)濟(jì)。此外,涂裝電泳仿真分析可以在工藝設(shè)計(jì)階段提前預(yù)測(cè)涂層厚度分布等信息,排查涂層厚度不足的關(guān)鍵部位,改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行再分析,從而確保涂層的性能質(zhì)量??傮w而言,電泳工藝仿真方法的采用在成本、精度、創(chuàng)新和可持續(xù)性方面帶來(lái)了巨大的好處,使其成為現(xiàn)代工程實(shí)踐的重要工具。
圖1 為電泳涂層模擬而創(chuàng)建的電泳槽的數(shù)字孿生模型
電泳涂層工藝性能
電泳仿真技術(shù)是通過分析仿真計(jì)算得出的電流密度和涂層厚度分布結(jié)果來(lái)評(píng)估電池托盤的電泳涂層工藝性能。圖2和圖3顯示了與工藝時(shí)間相對(duì)應(yīng)的油漆層厚度分布。不同顏色突出顯示了零件之間油漆厚度的顯著差異,顯示了沉積不足(用藍(lán)色表示)和沉積過度(用紅色表示)的區(qū)域。另一方面,圖4顯示了電流密度的相應(yīng)分布,突出顯示了已電泳的零件上具有高電流密度和低電流密度的區(qū)域。這種直觀的分析揭示了明顯的電泳涂層質(zhì)量問題,表明可能存在改進(jìn)的潛力。依據(jù)仿真結(jié)果制定的工藝或結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,可通過不斷仿真計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證,從而得出工藝或結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案。
圖2 模擬油漆涂層厚度隨電泳時(shí)間的分布
圖3 模擬電泳過程中每個(gè)電池托盤組件上的油漆涂層厚度分布,電泳時(shí)間=250s
圖4 模擬電流密度隨電泳時(shí)間的分布
電泳仿真技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值
電泳涂層質(zhì)量問題不僅存在于電動(dòng)汽車電池托盤的防護(hù)工藝中,在傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車的涂裝電泳工藝過程中同樣也存在電泳涂層質(zhì)量問題。因此,涂裝電泳仿真技術(shù)常常被應(yīng)用于車身設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方面。
1.借助該仿真技術(shù),可在車身設(shè)計(jì)階段提供合理的、有依據(jù)的電泳開孔方案,避免后期因銹蝕導(dǎo)致車身開孔設(shè)變成本的大幅增加,顯著提高電泳質(zhì)量合格率及驗(yàn)證效率。
2. 在工藝流程設(shè)計(jì)階段,通過仿真技術(shù)的輔助驗(yàn)證,在保證電泳涂層質(zhì)量的前提下,驗(yàn)證出最佳的工藝參數(shù),從而達(dá)成降低油漆消耗、能源消耗及降本增效的目的。
3. 通過電泳仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線或?qū)σ延猩a(chǎn)線改造之后的線體性能是否滿足質(zhì)量和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行快速且低成本的驗(yàn)證,指導(dǎo)工藝工程建設(shè)。
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