Parte 2. Tecnologia: estrusione di alluminio + saldatura a frizione e agitazione come metodo tradizionale, saldatura laser e FDS o diventare la direzione futura
1. Rispetto alla pressofusione e allo stampaggio, la tecnologia prevalente per la produzione di contenitori per batterie è attualmente la formatura tramite estrusione di alluminio di profili e la successiva saldatura.
1) La profondità di disegno del guscio sotto il pacco batteria saldato dalla piastra di alluminio stampata, l'insufficiente resistenza alle vibrazioni e agli urti del pacco batteria e altri problemi richiedono alle aziende automobilistiche di avere una forte capacità di progettazione integrata della carrozzeria e del telaio;
2) Il vassoio per batteria in alluminio pressofuso viene realizzato interamente in un unico stampo. Lo svantaggio è che la lega di alluminio è soggetta a sottofusione, crepe, isolamento a freddo, depressioni, porosità e altri difetti durante il processo di fusione. La tenuta del prodotto dopo la fusione è scarsa e l'allungamento della lega di alluminio fusa è basso, il che la rende soggetta a deformazione dopo la collisione;
3) Il vassoio per batteria in lega di alluminio estruso è l'attuale schema di progettazione del vassoio per batteria più diffuso, attraverso l'unione e la lavorazione dei profili per soddisfare diverse esigenze, presenta i vantaggi di un design flessibile, una lavorazione conveniente, una facile modifica e così via; Prestazioni Il vassoio per batteria in lega di alluminio estruso ha elevata rigidità, resistenza alle vibrazioni, estrusione e prestazioni d'impatto.
2. Nello specifico, il processo di estrusione dell'alluminio per formare la scatola della batteria è il seguente:
La piastra inferiore del corpo scatolare è realizzata mediante saldatura a frizione dopo l'estrusione della barra di alluminio, mentre il corpo scatolare inferiore è realizzato saldando quattro piastre laterali. Attualmente, i profili in alluminio più diffusi utilizzano il comune 6063 o 6016, con una resistenza alla trazione compresa tra 220 e 240 MPa. Utilizzando alluminio estruso ad alta resistenza, la resistenza alla trazione può superare i 400 MPa, con una conseguente riduzione del peso del 20-30% rispetto ai profili in alluminio tradizionali.
3. Anche la tecnologia di saldatura è in continuo aggiornamento, l'attuale tendenza dominante è la saldatura a frizione e agitazione.
Data la necessità di giuntare il profilo, la tecnologia di saldatura ha un impatto significativo sulla planarità e la precisione del vano batteria. La tecnologia di saldatura del vano batteria si divide in saldatura tradizionale (saldatura TIG, CMT), e ora anche nella più diffusa saldatura a frizione (FSW), nella più avanzata saldatura laser, nella tecnologia di autoserraggio dei bulloni (FDS) e nella tecnologia di incollaggio.
La saldatura TIG avviene sotto la protezione di gas inerte e utilizza l'arco generato tra l'elettrodo di tungsteno e il pezzo da saldare per riscaldare il metallo base fuso e il filo di riempimento, in modo da formare saldature di alta qualità. Tuttavia, con l'evoluzione della struttura scatolare, le dimensioni della scatola aumentano, il profilo si assottiglia e la precisione dimensionale dopo la saldatura migliora, la saldatura TIG presenta uno svantaggio.
Il CMT è un nuovo processo di saldatura MIG/MAG che utilizza un'elevata corrente pulsata per generare un arco di saldatura uniforme, sfruttando la tensione superficiale del materiale, la gravità e il pompaggio meccanico, formando una saldatura continua con un ridotto apporto termico, senza schizzi, stabilità dell'arco e velocità di saldatura elevate. Tra gli altri vantaggi, può essere utilizzato per la saldatura di una varietà di materiali. Ad esempio, la struttura a scatola sotto il pacco batteria utilizzata nei modelli BYD e BAIC adotta principalmente la tecnologia di saldatura CMT.
4. La saldatura per fusione tradizionale presenta problemi come deformazione, porosità e basso coefficiente di adesione del giunto di saldatura, dovuti all'elevato apporto termico. Pertanto, la tecnologia di saldatura a frizione e agitazione, più efficiente ed ecologica, con una qualità di saldatura superiore, è stata ampiamente utilizzata.
La saldatura FSW si basa sul calore generato dall'attrito tra l'ago di miscelazione rotante e la spalla dell'albero, utilizzando il metallo di base come fonte di calore. Attraverso la rotazione dell'ago di miscelazione e la forza assiale della spalla dell'albero, si ottiene il flusso di plastificazione del metallo di base e si ottiene il giunto di saldatura. La saldatura FSW, caratterizzata da elevata resistenza e buone prestazioni di tenuta, è ampiamente utilizzata nel campo della saldatura di scatole per batterie. Ad esempio, le scatole per batterie di molti modelli Geely e Xiaopeng adottano una struttura di saldatura a frizione e agitazione bifacciale.
La saldatura laser utilizza un raggio laser ad alta densità di energia per irradiare la superficie del materiale da saldare, fondendolo e formando una giunzione affidabile. Le apparecchiature per la saldatura laser non sono state ampiamente utilizzate a causa dell'elevato costo dell'investimento iniziale, dei lunghi tempi di ammortamento e della difficoltà di saldatura laser delle leghe di alluminio.
5. Per attenuare l'impatto della deformazione della saldatura sulla precisione delle dimensioni della scatola, vengono introdotte la tecnologia di autoserraggio dei bulloni (FDS) e la tecnologia di incollaggio, tra cui aziende note come WEBER in Germania e 3M negli Stati Uniti.
La tecnologia di connessione FDS è un processo di formatura a freddo di viti autofilettanti e bulloni tramite il serraggio dell'albero del centro dell'apparecchiatura per condurre la rotazione ad alta velocità del motore, che deve essere collegato al calore di attrito della piastra e alla deformazione plastica. Viene solitamente utilizzato con i robot e presenta un elevato grado di automazione.
Nel campo della produzione di pacchi batteria per nuove energie, il processo viene applicato principalmente alla struttura del telaio, con un processo di incollaggio, al fine di garantire una resistenza di connessione sufficiente e al contempo garantire le prestazioni di tenuta del contenitore. Ad esempio, il contenitore della batteria di un modello di auto NIO utilizza la tecnologia FDS ed è stato prodotto in grandi quantità. Sebbene la tecnologia FDS offra evidenti vantaggi, presenta anche degli svantaggi: elevati costi delle attrezzature, elevati costi di sporgenze e viti post-saldatura, ecc., e le condizioni operative ne limitano ulteriormente l'applicazione.
Parte 3. Quota di mercato: lo spazio di mercato delle batterie è ampio, con una rapida crescita composta
I veicoli puramente elettrici continuano ad aumentare in volume e lo spazio di mercato dei box batteria per veicoli a nuova energia è in rapida espansione. Sulla base delle stime di vendita nazionali e globali di veicoli a nuova energia, calcoliamo lo spazio di mercato nazionale dei box batteria per veicoli a nuova energia ipotizzando il valore medio unitario dei box batteria per veicoli a nuova energia:
Ipotesi fondamentali:
1) Il volume di vendite di veicoli a nuova energia in Cina nel 2020 è stato di 1,25 milioni. Secondo il Piano di sviluppo a medio e lungo termine dell'industria automobilistica, emanato dai tre ministeri e commissioni, è ragionevole supporre che il volume di vendite di veicoli per passeggeri a nuova energia in Cina nel 2025 raggiungerà i 6,34 milioni, mentre la produzione estera di veicoli a nuova energia raggiungerà gli 8,07 milioni.
2) Nel 2020, il volume delle vendite nazionali di veicoli esclusivamente elettrici ha rappresentato il 77%, ipotizzando che nel 2025 il volume delle vendite sarà pari all'85%.
3) La permeabilità della scatola della batteria e della staffa in lega di alluminio è mantenuta al 100% e il valore di una singola bici è di 3000 RMB.
Risultati del calcolo: si stima che entro il 2025, lo spazio di mercato delle batterie per veicoli passeggeri a nuova energia in Cina e all'estero sarà di circa 16,2 miliardi di RMB e 24,2 miliardi di RMB e il tasso di crescita composto dal 2020 al 2025 sarà del 41,2% e del 51,7%.
Data di pubblicazione: 16 maggio 2022
