APAS e-Newsletter January 2016

 

DX整車熱管理系統

  

 

隨著更多電動車在道路上行駛,大部份車主要求更短時間充電,快速的汽車充電Quick Charging器有更高散熱的需求

 

Tesla Model S超級充電站的充電器,可以直接將高達120千瓦的直流電輸入電池。Audi承諾將達150千瓦,SAE J1772規格允許充電可達240千瓦。這些越來越高的充電功率,要求對車輛電池模組高強度散熱、冷卻的熱管理系統(TMS)。

 

例如:150千瓦的充電率,冷卻系統將承擔消散大約10千瓦的熱量,以保護電池組的電池,又加上充電器功率電子大約7千瓦的熱負荷,總體冷卻的要求將高達 17千瓦。

 

但是現行的液體冷卻系統,基於液體乙二醇liquid glycol 的較低導熱率, 表現較不足的熱傳導特性。設計師急切需要更有效的冷卻材料和充電站設計。

 

業界正忙著搜索方式來解決這個問題,同時並可以簡化、降低整車的熱管理系統的總費用。

 

 

 

 

Direct Expansion (DX) 極有可能是業界解決冷卻的有效辦法,它通過使用與車輛空調系統中所用的相同的製冷劑,並且直接冷卻電池組的電池。這是低成本和簡單的系統。BMW i3已經應用這樣的系統

 

 

韓國公司LG化學有DX系統原型的專利,也有一個採用了DX冷板概念的系統。

 

根據美國諮詢公司Navigant Research的報告,LG化學已是世界最大的三家鋰電池製造商之一,(另兩家分別為美法合資公司江森自控Johnson Controls-Saft和日本日產與NEC的聯合企業AESE)

 

 

10月底,LG化學與通用汽車達成協議,將合作進行2017年前後正式上市,雪佛蘭Bolt電動車的研發工作,並提供包括電池組、電池加熱器、電動馬達、電源轉換器、電動壓縮機環境控制系統、車載充電器、高性能電源分配模組、輔助電源模組以及電子通信模組等大量元件。

 

 

業界期待LGBolt電動車,實現銜接車輛空調系統與冷卻電池組的電池,驗證簡單、較好的傳熱、同時是較低成本的整車熱管理系統。

 

 

   

增材製造車零部件

  

 

 

 

今年國家三個部門聯合印發《國家增材製造產業發展推進計畫2015-2016年)》簡稱計畫。其中提出2016年初步建立較為完善的增材製造(又稱“3D列印)產業體系,產業銷售收入實現年均增長速度達30%以上,整體技術水準與國際同步。

 

汽車零部件行業製造商,開始逐漸提升3D列印的認知,部分企業實現對3D技術認知到應用的過渡。例如有汽車零部件企業通過3D列印技術,製作刹車連杆、刹車片、車燈、線束等複雜的結構件用於研發使用。3D列印在中國汽車零部件行業應用發展剛剛起步,然而材料缺乏與行業認知低,是制約其發展的瓶頸。

 

然而這門技術在國外已經得到廣泛認可。例如月前美國Local Motors公司僅用了44個小時通過3D列印技術列印和組裝了一輛小車 “Strati”。這輛可搭載兩人的小車最高時速達56公里,電池可支援其行駛193243公里。整車中近50個不導電、不用清潔和不用移動的零部件,包括座椅、車身、底盤、中心控制台、引擎罩等,全部使用3D列印技術和黑色塑膠層、碳纖維加固層原料製造。

 

在汽車零部件製造、整車開發過程中需要對汽車外形、內外飾件造型進行設計、評審和確定,應用3D列印技術可以制定車燈、座椅、方向盤和輪胎等零部件快速成型件。另一個發展角度於整車開發過程中,產品設計可靠性的驗證環節,3D列印技術可以在設計前期製作樣件、和驗證,降低設計風險,減少研發成本。這是3D列印技術在汽車零部件領域應用的可行優勢。

 

技術的其他優點在於可以為複雜結構金屬零部件、免去開發開模環節,縮短新品開發週期,節省出更多的人力、財力和時間。此外該技術還可使金屬零部件的力學性能和精度達到鍛造件(forging parts)的指標,保證汽車零部件對於精度和強度的要求。

 

Strati的問世,對於汽車行業人士來講是一個應該關注的里程碑。不過它的車身是熱塑材料,幾乎無光澤,毫無美感;更值得關注這種車的碰撞、自燃等方面都存在不少的安全隱患,顯然並不能滿足真正量產車的需要。

 

3D列印車成功的因素,首先車身覆蓋件使用的原材料,碳素纖維似乎可行,但必須降低成本並至目前量產車所能接受的水平。此時市場銷售的3D印表機,噴嘴的直徑大約是在0.2-0.5毫米。列印完成之後,還需要通過打磨機床,對車輛外觀進行相當廣泛的打磨處理。

 

其次只有將3D列印技術的個性化、複雜化、高難度的特點與傳統製造業的規模化、批量化、精細化相結合,與製造技術、資訊技術、材料技術相結合,才能不斷推動3D列印技術在汽車零部件產業的創新發展。

 

 

 

3D打印技術與傳統製造工藝相比,優劣互補、並開拓先進技術的機遇。


 

 

 

再其次我們也期待,3D列印技術正朝著將取代模具、部件、半成品到成品等生產環節的趨勢發展。隨著技術的進一步成熟,傳統的勞動力、設備投資、工人技能、生產型管理將變得不再重要。

 

 

例如福特公司自1988年起開始利用3D列印技術,已經生產了共約50萬個零部件。為列印提供圖紙的.STL檔,理論上是可以支持業界,使用任意材料列印任意大小的汽車。只要3D列印設備可以駕馭得了,我們可以打造一輛與真車同樣大小、蠟做的Focus ST車。根據細節程度和彈性程度等需求,福特目前可以使用塑膠、沙子和金屬作為原材料。

 

 

因此,隨著汽車製造商與行業外創新公司的協作日益緊密,傳統的汽車零部件供應商要不被拋棄,唯有不斷進行技術創新,適應市場環境的優化。