電池作為新能源汽車的儲(chǔ)能設(shè)備在電驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中起著重要作用，對(duì)于制造商而言，車輛的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性主要依賴于電池包的集成。Edag Group與其合作伙伴共同開發(fā)了適用于批量化生產(chǎn)的可擴(kuò)展電池包，并且研究了低成本的解決方案。



以成熟的平臺(tái)作為起點(diǎn)

該項(xiàng)研究與Baomarc、Cloos和Siemens等合作，選擇了Edag開發(fā)的通用電動(dòng)平臺(tái)Scalebase為基礎(chǔ)，與電池包相結(jié)合，可根據(jù)客戶意愿（如電池模塊類型、容量、電池管理形式、充電系統(tǒng)、軸距或?qū)挾鹊龋┻M(jìn)行個(gè)性化調(diào)整。

此外，該團(tuán)隊(duì)還針對(duì)Edag BFFT Electronics電池模塊原型，進(jìn)行了低成本方案設(shè)計(jì)，將進(jìn)一步減少開發(fā)支出，以及對(duì)工具、運(yùn)行和制造成本的投資。得益于從ScaleBat獲得的經(jīng)驗(yàn)，與完全重新開發(fā)電池包相比，時(shí)間減少了四到五個(gè)月。

當(dāng)前車輛概念的三種解決方案

扁平托盤電池專為2800至3000mm的軸距而設(shè)計(jì)，例如，大眾汽車Touran或Tesla X車型。如圖1所示，具有27個(gè)模塊的電池包可為中型車提供86.8 kWh的總?cè)萘?，其一個(gè)模塊擁有12個(gè)電池，電池在3.67V的電壓下為73Ah。



低成本的框架結(jié)構(gòu)

為達(dá)到每年300,000個(gè)單位的目標(biāo)，Baomarc Automotive Solutions建議其框架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用冷軋鋼型材而不是鋁型材?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的重量實(shí)際上從52.14公斤增加到58.87公斤，但300,000單位的單價(jià)卻下降了約33%。鋼材的噴涂、打蠟和處理費(fèi)用為每輛車8到11歐元。即使每年小批量生產(chǎn)25,000個(gè)，使用這種構(gòu)造方法也可以降低單位成本。型材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使它們能夠快速、個(gè)性化地適應(yīng)特定的客戶要求偏好，例如車輛尺寸或電池模塊類型，以及不同的性能水平。

該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的電池冷卻系統(tǒng)Edag，該系統(tǒng)由三個(gè)鋁制深沖組件組成，并集成至底板中。各個(gè)冷卻回路以逆流形式布置：入口和出口彼此直接相鄰。這有助于在整個(gè)電池模塊中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布。其最大的特色是三個(gè)冷卻回路彼此獨(dú)立工作，可以根據(jù)需要通過主動(dòng)分配器向冷卻回路可選地提供冷卻劑。該組件是由Siemens NX開發(fā)，并通過Siemens Simcenter Star-CCM +的CFD仿真進(jìn)行了迭代優(yōu)化，具體如圖2。



冷卻液分配器采用3D打印技術(shù)

該項(xiàng)目采用3D打印制造冷卻劑分配器，并進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化。在批量化生產(chǎn)的成本方面，根據(jù)批量大小，在批量生產(chǎn)區(qū)域中的價(jià)格預(yù)測(cè)為每年100,000至300,000單位，PA12塑料部件的成本為10至14歐元，包括所有其他費(fèi)用。經(jīng)計(jì)算，3D打印在大規(guī)模生產(chǎn)中不再需要花費(fèi)大量成本，并且此過程的制造成本首次在汽車制造商可接受的范圍內(nèi)。此外，CFD和熱仿真結(jié)果也表明，使用配置該冷卻液分配器的冷卻系統(tǒng)，可以優(yōu)化溫度分布，有效防止時(shí)效硬化，且溫度相對(duì)恒定，波動(dòng)范圍為±1-3K。

框架結(jié)構(gòu)的混合連接

電池包的結(jié)構(gòu)連接和密封技術(shù)在電動(dòng)汽車的開發(fā)中也較為重要，該項(xiàng)目主要采用了激光焊接和改良工藝的MAG焊。鍍鋅的外圍組件通過激光焊進(jìn)行連接；對(duì)于電池包的框架結(jié)構(gòu)，采用了Carl Cloos Schweißtechnik公司改良的一種低噴霧、低熱量、可光學(xué)監(jiān)控的MAG工藝。該工藝可確保獲得較好的氣密性，而不會(huì)破壞鍍鋅金屬板的腐蝕防護(hù)。

碰撞安全性

Edag的工程師及其合作伙伴考慮了中國市場對(duì)碰撞保護(hù)的要求，對(duì)電池包的負(fù)載路徑進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是對(duì)于側(cè)面碰撞和正面碰撞時(shí)的人員保護(hù)。他們根據(jù)負(fù)載水平、極限加速度和變型組合來檢查電池殼的結(jié)構(gòu)完整性，對(duì)電池模塊可能造成的損壞，以及碰撞后乘客的生存空間。在仿真中，該BEV底盤通過了所有測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，電池模塊在發(fā)生碰撞后仍保持密封且完好無損，并為乘客提供了較大的生存空間。

同步工程

工程師采用同步工程方法進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使得空間需求降低30%-40%。隨著產(chǎn)品的開發(fā)，西門子軟件有限公司提出了一種滿足端到端產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)的工業(yè)化概念。目標(biāo)是每年可擴(kuò)展產(chǎn)量50,000至300,000單位，其中可以制造從緊湊型到SUV的電動(dòng)汽車用柔性電池，具體如圖3。



項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用西門子程序工廠通過仿真優(yōu)化了生產(chǎn)流程和能源管理。自動(dòng)化生產(chǎn)概念意味著工廠具有高度的靈活性。無夾具生產(chǎn)過程將在很大程度上節(jié)省固定夾具的成本；人機(jī)協(xié)作的電纜站、無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)、無介質(zhì)抓取技術(shù)等等都體現(xiàn)了更高的靈活性。

全球供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

為了改善與ScaleBat項(xiàng)目中OEM合作伙伴的協(xié)作，Edag建議使用AR/VR-Collaboration產(chǎn)品，具體如圖4，它可實(shí)現(xiàn)員工在現(xiàn)場用AR眼鏡觀看虛擬的生產(chǎn)場景。在解決技術(shù)生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，分布在全球不同位置的不同專家可以通過VR化身進(jìn)入現(xiàn)場對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)。該概念的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過使用這種數(shù)字工具，不僅可以吸引新的年輕員工從事生產(chǎn)工程，而且可以大大降低國際、洲際項(xiàng)目的工程和運(yùn)行成本。



因此，AR/VR協(xié)作是Edag項(xiàng)目的又一構(gòu)建塊，涉及地區(qū)供應(yīng)商，為OEM客戶和初創(chuàng)企業(yè)準(zhǔn)備了功能數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，而初創(chuàng)企業(yè)正在計(jì)劃建造一個(gè)具有安全流程的數(shù)字智能工廠，以及具有全球網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)的端到端產(chǎn)品生命周期管理（PLM）流程鏈。

Edag在IAA 2019上首次展示了硬件演示器，如圖5所示。目前，合作伙伴將通過路演、研討會(huì)、可行性研究和車輛工程來解決客戶的問題，以適應(yīng)電池盒的生產(chǎn)過程，并將其隨后投入生產(chǎn)。