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Parte 2. Tecnologia: extrusão de alumínio + soldagem por fricção e agitação como a principal tendência, soldagem a laser e FDS ou se tornarão a direção futura

1. Comparado com a fundição sob pressão e a estampagem, a extrusão de perfis de alumínio e a soldagem são a principal tecnologia das caixas de bateria atualmente.

1) A profundidade do desenho do invólucro sob o conjunto de baterias soldado pela placa de alumínio estampada, a vibração insuficiente e a resistência ao impacto do conjunto de baterias, e outros problemas exigem que as empresas automobilísticas tenham uma forte capacidade de design integrado da carroceria e do chassi;

2) A bandeja de bateria de alumínio fundido no modo de fundição sob pressão adota a moldagem única completa. A desvantagem é que a liga de alumínio é propensa a subfundição, rachaduras, isolamento a frio, depressão, porosidade e outros defeitos durante o processo de fundição. A propriedade de vedação do produto após a fundição é ruim e o alongamento da liga de alumínio fundido é baixo, o que a torna propensa à deformação após a colisão;

3) A bandeja de bateria de liga de alumínio extrudado é o esquema de design de bandeja de bateria convencional atual, por meio da emenda e processamento de perfis para atender a diferentes necessidades, tem as vantagens de design flexível, processamento conveniente, fácil de modificar e assim por diante; Desempenho A bandeja de bateria de liga de alumínio extrudado tem alta rigidez, resistência à vibração, extrusão e desempenho de impacto.

2. Especificamente, o processo de extrusão de alumínio para formar a caixa da bateria é o seguinte:

A placa inferior do corpo da caixa é formada por soldagem por fricção após a extrusão da barra de alumínio, e a placa inferior do corpo da caixa é formada por soldagem com quatro placas laterais. Atualmente, os perfis de alumínio convencionais utilizam perfis de alumínio 6063 ou 6016 comuns, com resistência à tração entre 220 e 240 MPa. Utilizando alumínio extrudado de alta resistência, a resistência à tração pode chegar a mais de 400 MPa, o que pode reduzir o peso em 20% a 30% em comparação com perfis de alumínio comuns.

3. A tecnologia de soldagem também está em constante atualização, a corrente principal é a soldagem por fricção e agitação

Devido à necessidade de emendar o perfil, a tecnologia de soldagem tem um grande impacto na planura e na precisão da caixa de bateria. A tecnologia de soldagem da caixa de bateria é dividida em soldagem tradicional (soldagem TIG, CMT), e atualmente a soldagem por fricção (FSW), soldagem a laser mais avançada, tecnologia de autoaperto de parafusos (FDS) e tecnologia de colagem.

A soldagem TIG é realizada sob a proteção de um gás inerte, utilizando o arco gerado entre o eletrodo de tungstênio e a solda para aquecer o metal base e o arame de enchimento, formando soldas de alta qualidade. No entanto, com a evolução da estrutura da caixa, que se tornou maior, a estrutura do perfil se tornou mais fina e a precisão dimensional após a soldagem foi aprimorada, a soldagem TIG ficou em desvantagem.

CMT é um novo processo de soldagem MIG/MAG que utiliza uma alta corrente pulsada para fazer o arco do arame de soldar suavemente, por meio da tensão superficial do material, gravidade e bombeamento mecânico, formando uma solda contínua com baixo aporte térmico, sem respingos, estabilidade do arco e alta velocidade de soldagem, entre outras vantagens, podendo ser utilizado para soldagem de diversos materiais. Por exemplo, a estrutura em caixa sob o conjunto de baterias utilizada pelos modelos BYD e BAIC adota principalmente a tecnologia de soldagem CMT.

4. A soldagem por fusão tradicional apresenta problemas como deformação, porosidade e baixo coeficiente de soldagem devido ao alto aporte de calor. Portanto, a tecnologia de soldagem por fricção e mistura, mais eficiente e ecológica, com maior qualidade de soldagem, tem sido amplamente utilizada.

A soldagem FSW baseia-se no calor gerado pelo atrito entre a agulha de mistura rotativa e o ressalto do eixo, tendo o metal base como fonte de calor. Através da rotação da agulha de mistura e da força axial do ressalto do eixo, obtém-se o fluxo de plastificação do metal base para obter a junta soldada. A soldagem FSW, com alta resistência e bom desempenho de vedação, é amplamente utilizada na soldagem de caixas de bateria. Por exemplo, a caixa de bateria de muitos modelos da Geely e Xiaopeng adota uma estrutura de soldagem por fricção e mistura de dupla face.

A soldagem a laser utiliza um feixe de laser com alta densidade de energia para irradiar a superfície do material a ser soldado, fundindo-o e formando uma junta confiável. O equipamento de soldagem a laser não tem sido amplamente utilizado devido ao alto custo do investimento inicial, ao longo período de retorno e à dificuldade da soldagem a laser de ligas de alumínio.

5. Para aliviar o impacto da deformação da soldagem na precisão do tamanho da caixa, foram introduzidas a tecnologia de autoaperto de parafusos (FDS) e a tecnologia de colagem, entre as quais empresas bem conhecidas são a WEBER na Alemanha e a 3M nos Estados Unidos.

A tecnologia de conexão FDS é um tipo de processo de conformação a frio de conexão de parafusos e porcas auto-roscantes através do eixo de aperto do centro do equipamento para conduzir a rotação de alta velocidade do motor a ser conectado ao calor de atrito da placa e à deformação plástica. É geralmente utilizada com robôs e possui um alto grau de automação.

Na área de fabricação de baterias de nova energia, o processo é aplicado principalmente à estrutura da caixa, com processo de colagem, a fim de garantir a resistência da conexão e, ao mesmo tempo, garantir o desempenho de vedação da caixa. Por exemplo, a caixa da bateria de um modelo de carro da NIO utiliza a tecnologia FDS e foi produzida em larga escala. Embora a tecnologia FDS tenha vantagens óbvias, também apresenta desvantagens: alto custo do equipamento, alto custo das saliências e parafusos pós-soldagem, etc., e as condições operacionais também limitam sua aplicação.

Parte 3. Participação de mercado: o mercado de caixas de bateria é amplo, com rápido crescimento composto

O volume de veículos exclusivamente elétricos continua aumentando, e o mercado de caixas de bateria para veículos de nova energia está se expandindo rapidamente. Com base nas estimativas de vendas nacionais e globais de veículos de nova energia, calculamos o mercado doméstico de caixas de bateria para veículos de nova energia, considerando o valor médio unitário das caixas de bateria de nova energia:

Principais premissas:

1) O volume de vendas de veículos de nova energia na China em 2020 foi de 1,25 milhão. De acordo com o Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo da Indústria Automobilística, emitido pelos três Ministérios e Comissões, é razoável supor que o volume de vendas de veículos de passageiros de nova energia na China em 2025 atingirá 6,34 milhões, e a produção internacional de veículos de nova energia atingirá 8,07 milhões.

2) O volume de vendas domésticas de veículos puramente elétricos representa 77% em 2020, supondo que o volume de vendas representará 85% em 2025.

3) A permeabilidade da caixa de bateria e do suporte de liga de alumínio é mantida em 100%, e o valor de uma única bicicleta é de RMB 3.000.

Resultados do cálculo: estima-se que, até 2025, o mercado de caixas de baterias para veículos de passageiros de nova energia na China e no exterior será de cerca de RMB 16,2 bilhões e RMB 24,2 bilhões, e a taxa de crescimento composta de 2020 a 2025 será de 41,2% e 51,7%.