Parte 2. Tecnología: extrusión de aluminio + soldadura por fricción y agitación como corriente principal, soldadura láser y FDS o convertirse en la dirección futura
1. En comparación con la fundición a presión y el estampado, la formación de perfiles por extrusión de aluminio y su posterior soldadura es la tecnología principal de las cajas de baterías en la actualidad.
1) La profundidad del dibujo de la carcasa debajo del paquete de baterías soldado con la placa de aluminio estampado, la resistencia insuficiente a la vibración y al impacto del paquete de baterías y otros problemas requieren que las empresas automotrices tengan una fuerte capacidad de diseño integrado de la carrocería y el chasis;
2) La bandeja de batería de aluminio fundido en el proceso de fundición a presión se moldea en una sola pieza. La desventaja es que la aleación de aluminio es propensa a subfundición, grietas, aislamiento en frío, depresión, porosidad y otros defectos durante el proceso de fundición. El sellado del producto después de la fundición es deficiente y la elongación de la aleación de aluminio fundido es baja, lo que la hace propensa a deformarse tras una colisión.
3) La bandeja de batería de aleación de aluminio extruido es el esquema actual de diseño de bandeja de batería convencional, a través del empalme y procesamiento de perfiles para satisfacer diferentes necesidades, tiene las ventajas de un diseño flexible, procesamiento conveniente, fácil de modificar, etc. Rendimiento La bandeja de batería de aleación de aluminio extruido tiene alta rigidez, resistencia a la vibración, extrusión y rendimiento al impacto.
2. En concreto, el proceso de extrusión de aluminio para formar la caja de la batería es el siguiente:
La placa inferior del cuerpo de la caja se forma mediante soldadura por fricción y agitación tras la extrusión de la barra de aluminio, y la parte inferior del cuerpo de la caja se forma mediante soldadura con cuatro placas laterales. Actualmente, el perfil de aluminio convencional utiliza 6063 o 6016, con una resistencia a la tracción de entre 220 y 240 MPa. Si se utiliza aluminio extruido de mayor resistencia, la resistencia a la tracción puede superar los 400 MPa, lo que permite reducir el peso entre un 20 % y un 30 % en comparación con el perfil de aluminio convencional.
3. La tecnología de soldadura también se actualiza continuamente; la corriente principal actual es la soldadura por fricción y agitación.
Debido a la necesidad de empalmar el perfil, la tecnología de soldadura tiene un gran impacto en la planitud y precisión de la caja de batería. Esta tecnología se divide en soldadura tradicional (soldadura TIG, CMT), la soldadura por fricción (FSW), la soldadura láser más avanzada, la tecnología de autoapriete de pernos (FDS) y la tecnología de unión.
La soldadura TIG se realiza bajo la protección de un gas inerte, utilizando el arco generado entre el electrodo de tungsteno y la pieza soldada para calentar el metal base fundido y el alambre de relleno, logrando así soldaduras de alta calidad. Sin embargo, con la evolución de la estructura de caja, el tamaño de la caja se ha incrementado, la estructura del perfil se ha vuelto más delgada y la precisión dimensional ha mejorado tras la soldadura, lo que ha puesto a la soldadura TIG en desventaja.
CMT es un nuevo proceso de soldadura MIG/MAG que utiliza una alta corriente de pulso para generar un arco uniforme en el alambre de soldadura, mediante la tensión superficial del material, la gravedad y el bombeo mecánico, formando una soldadura continua con baja aportación de calor, ausencia de salpicaduras, estabilidad del arco, alta velocidad de soldadura y otras ventajas. Es adecuado para la soldadura de diversos materiales. Por ejemplo, la estructura de caja bajo el paquete de baterías de los modelos BYD y BAIC utiliza principalmente la tecnología de soldadura CMT.
4. La soldadura por fusión tradicional presenta problemas como deformación, porosidad y un bajo coeficiente de unión debido al alto aporte de calor. Por lo tanto, se ha extendido el uso de tecnologías de soldadura por fricción-agitación, más eficientes y ecológicas, con mayor calidad de soldadura.
La soldadura por fricción-agitación (FSW) se basa en el calor generado por la fricción entre la aguja mezcladora giratoria y el resalte del eje, utilizando el metal base como fuente de calor. Mediante la rotación de la aguja mezcladora y la fuerza axial del resalte del eje, se logra el flujo de plastificación del metal base para obtener la unión soldada. La soldadura por fricción-agitación (FSW), con su alta resistencia y buen sellado, se utiliza ampliamente en la soldadura de cajas de baterías. Por ejemplo, las cajas de baterías de muchos modelos de Geely y Xiaopeng utilizan una estructura de soldadura por fricción-agitación de doble cara.
La soldadura láser utiliza un haz láser de alta densidad energética para irradiar la superficie del material a soldar, fundirlo y formar una unión fiable. El uso de equipos de soldadura láser no se ha generalizado debido al alto coste de la inversión inicial, el largo periodo de retorno y la dificultad de la soldadura láser de aleaciones de aluminio.
5. Para aliviar el impacto de la deformación de la soldadura en la precisión del tamaño de la caja, se introducen la tecnología de autoapriete de pernos (FDS) y la tecnología de unión, entre las que empresas conocidas son WEBER en Alemania y 3M en los Estados Unidos.
La tecnología de conexión FDS es un proceso de conformado en frío que conecta tornillos y pernos autorroscantes mediante el eje de apriete del centro del equipo para controlar la rotación a alta velocidad del motor conectado a la placa, el calor por fricción y la deformación plástica. Se utiliza habitualmente con robots y presenta un alto grado de automatización.
En la fabricación de baterías de nuevas energías, este proceso se aplica principalmente a la caja de la estructura del marco, mediante un proceso de unión, para garantizar una conexión suficientemente resistente y un sellado óptimo. Por ejemplo, la caja de la batería de un modelo de automóvil NIO utiliza tecnología FDS y se ha producido en masa. Si bien la tecnología FDS presenta ventajas obvias, también presenta desventajas: el alto costo del equipo, el alto costo de las protuberancias y tornillos post-soldadura, etc., y las condiciones de operación limitan su aplicación.
Parte 3. Cuota de mercado: el espacio de mercado de las cajas de batería es amplio, con un rápido crecimiento compuesto.
El volumen de vehículos eléctricos puros continúa aumentando, y el mercado de cajas de baterías para vehículos de nueva energía se expande rápidamente. Con base en las estimaciones de ventas nacionales e internacionales de vehículos de nueva energía, calculamos el mercado nacional de cajas de baterías para vehículos de nueva energía asumiendo el valor unitario promedio de las cajas de baterías:
Supuestos básicos:
1) El volumen de ventas de vehículos de nuevas energías en China en 2020 fue de 1,25 millones. Según el Plan de Desarrollo a Mediano y Largo Plazo de la Industria Automotriz, emitido por los tres ministerios y comisiones, es razonable suponer que el volumen de ventas de vehículos de pasajeros de nuevas energías en China en 2025 alcanzará los 6,34 millones, y la producción internacional de vehículos de nuevas energías alcanzará los 8,07 millones.
2) El volumen de ventas nacionales de vehículos eléctricos puros representa el 77% en 2020, suponiendo que el volumen de ventas representará el 85% en 2025.
3) La permeabilidad de la caja y el soporte de la batería de aleación de aluminio se mantiene al 100% y el valor de una sola bicicleta es de RMB3000.
Resultados del cálculo: se estima que para 2025, el espacio de mercado de cajas de baterías para vehículos de pasajeros de nueva energía en China y en el extranjero será de aproximadamente RMB 16,2 mil millones y RMB 24,2 mil millones, y la tasa de crecimiento compuesta de 2020 a 2025 será de 41,2% y 51,7%.
Fecha de publicación: 16 de mayo de 2022
