신에너지 자동차용 경량 알루미늄 합금 개발 현황

 

신에너지 자동차의 경량화를 위한 기술적 접근

 

현재, 경량 신에너지 자동차에 대한 세 가지 주요 기술적 접근 방식이 있습니다.
① 재료가 가벼우며, 주로 고강도 강철, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 합금 및 복합 재료를 사용합니다.
② 구조적 경량화, 주로 크기와 형태, 토폴로지 등을 최적화함.
③ 가공 경량화, 주로 유압성형가공, 레이저접합성형가공 등 첨단제조공법을 활용함

 

신에너지 자동차용 경량 알루미늄 합금 소재의 장점

 

현재 경량 소재 중 알루미늄 합금은 고강도 강철에 비해 강도가 높아 차체 무게를 최대로 줄일 수 있고, 중량 감량 효과가 좋으며, 내식성이 강하고, 재활용 난이도가 낮고, 재활용률이 높으며, 녹색 환경 보호의 이점이 있어 자동차 산업 사슬에서 알루미늄 자원의 재활용과 재사용을 실현할 수 있습니다. 알루미늄 합금은 마그네슘 합금에 비해 강도가 높고 가공이 용이하며, 현재 마그네슘 합금은 주로 Mg-Al 합금이고 알루미늄 합금을 직접 사용한 신에너지 자동차의 가격이 낮습니다. 알루미늄 합금은 티타늄 합금에 비해 가공 매개 변수에 대한 민감도가 비교적 낮습니다.

 

따라서 알루미늄 합금의 적용은 더 큰 비용 이점을 가지고 있습니다. 플라스틱 및 탄소 섬유와 같은 복합 재료와 비교할 때 알루미늄 합금은 대량 생산이 불가능한 복합 재료의 실제 연구 개발 및 적용 수준이 낮기 때문에 대량 적용에 대한 전망이 더 큽니다. 따라서 알루미늄 합금은 현재 신에너지 자동차의 선호하는 경량 재료가 되었으며, 신에너지 자동차의 품질, 안전성 및 경제성을 보장하고 차량의 무게를 줄이며 차량의 순항 범위를 증가시킵니다.

 

 

신에너지 자동차용 알루미늄 합금의 성형기술

 

신에너지 자동차용 알루미늄 합금의 성형 기술은 주로 주조 성형 기술과 반고체 성형 기술을 기반으로 합니다. 그 외에도 압출 성형, 단조 성형 등이 있습니다. 주조 성형 기술은 압력 주조, 압출 주조, 정밀 주조 등을 포함하여 신에너지용 알루미늄 합금의 가장 중요한 성형 기술입니다. 그 중 다이캐스팅 성형 기술로 성형한 알루미늄 제품은 스크랩 비율이 낮고 성형 치수 정확도가 높으며 성형 품질이 좋으며 가장 널리 사용됩니다. 반고체 성형 기술은 새로운 성형 기술입니다. 알루미늄 합금이 고체와 액체 사이의 반용해 상태일 때 더 나은 충진을 얻을 수 있습니다. 그에 따라 성형하면 성형 정확도를 개선하고 더 나은 성형 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 이 기술은 아직 성숙하게 적용되지 않았으며 알루미늄 합금 제품을 대량 생산하는 데 사용할 수 없습니다.

 

경량 신에너지 자동차의 알루미늄 합금 분류

 

신에너지 자동차에 사용되는 알루미늄 합금은 주로 주조 알루미늄 합금, 변형 알루미늄 합금, 발포 알루미늄 소재, 알루미늄 기반 복합 소재로 구분된다. 주조 알루미늄 합금의 성형 품질은 안정적이며 대량 생산에 적합하다. 자동차용 알루미늄 제품의 77%는 주조 알루미늄 합금이다. 주조 형태로 성형되기 때문에 휠, 브레이크 디스크와 같은 복잡한 신에너지 자동차 부품에 널리 사용된다. 변형 알루미늄 합금은 강도와 ​​가소성이 높고 조직이 치밀하며 구성이 균일하다. 순수 알루미늄 또는 AI-S계 합금으로 대표되는 비열처리 변형 알루미늄과 AI-Mg-Si계 합금으로 대표되는 열처리 변형 알루미늄의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.

 

이들은 자동차 도어, 범퍼, 열교환기와 같은 신에너지 자동차 부품에 널리 사용됩니다. 다공성 재료인 발포 알루미늄은 금속 매트릭스에 기포가 존재하기 때문에 충격 흡수 및 감쇠 특성이 좋습니다. 이는 신에너지 자동차의 일부 지지 부품에 사용되어 해당 부품의 충돌 안전성을 개선합니다. 비강화 금과 비교하여 알루미늄 기반 복합 재료는 무게가 가볍고 내마모성이 우수합니다. 이들은 혹독한 작업 조건에 적합하며 고전압 배터리 시스템의 부품에 사용됩니다.

 

 

신에너지 자동차는 주로 전기 구동 시스템, 전원 공급 시스템, 보조 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 알루미늄 합금은 신에너지 자동차의 차체, 섀시, 배터리 박스 등에 널리 사용되었습니다.

 

신에너지차 차체 경량화 적용

 

신에너지 자동차에서 차체는 차량 무게의 상당 부분을 차지합니다. 차체에 알루미늄 합금 소재를 사용하면 주행 거리를 늘리는 동시에 차량 무게를 줄일 수 있습니다. 신에너지 자동차 차체의 알루미늄 합금판은 주로 6014, 6016 등과 같은 6-계 알루미늄 합금입니다. 6-계 알루미늄 합금은 성형성, 헴 성능, 페인트 브러싱, 베이킹 성능이 뛰어나며 차체 표면에 제거할 수 없는 잔물결이 형성되기 쉽지 않습니다. 따라서 웨이라이, 테슬라의 전 알루미늄 차체와 같은 차체 외장재에 널리 사용됩니다.

 

5-시리즈 알루미늄 합금은 성형 성능이 우수하고 복잡한 부품을 성형하기 쉽습니다. 랜드로버 디스커버리 4의 5-시리즈 알루미늄 합금 리어 도어 인너 패널, 메르세데스-벤츠 S-클래스의 5-시리즈 알루미늄 합금 도어 인너 패널, 그레이트월 VV7의 후드 아웃터 패널과 같은 신에너지 자동차 구조 부품 및 내부 커버링에 선호되는 소재입니다. 그러나 5-시리즈 소재는 성형 공정 중에 선이 형성되기 쉽기 때문에 성형 공정 중에 제어해야 합니다. 또한 신에너지 자동차 차체의 알루미늄 함량이 증가함에 따라 알루미늄 합금 성형 기술, 유지 관리 등의 차체 응용 분야에 대한 연구를 늘려 알루미늄 합금 차체의 제조 비용을 낮추고 알루미늄 합금 차체를 저급 신에너지 자동차에서도 대중화할 필요가 있습니다.

 

신에너지 자동차 섀시의 경량화 적용

 

자동차 섀시는 주로 변속 시스템, 구동 시스템, 조향 시스템, 제어 시스템의 네 가지 부분으로 구성됩니다. 전통적인 자동차와 비교할 때, 신에너지 자동차의 변속 시스템은 원래 엔진 기반 변속에서 단일 모터 변속, 메인 모터 + 휠 허브 모터 변속, 듀얼 모터 듀얼 샤프트 변속의 세 가지 방식으로 변경되었습니다. 또한 신에너지 자동차의 회전 시스템과 제동 시스템도 변경되었습니다. 신에너지 자동차는 엔진을 취소한 이후 원래 유압 파워 스티어링이 전기 파워 스티어링으로 변경되었고 유압 진공 부스터 펌프가 전기 진공 부스터 펌프로 변경되었습니다.

 

따라서 신에너지 자동차 섀시의 역할은 기존 자동차 섀시와 동일합니다. 차이점은 엔진을 지지하고 설치하는 위치가 배터리 모듈 유닛을 주로 구성하는 모터 파워트레인을 지지하고 설치하는 것으로 바뀌었다는 것입니다. 현재 자동차 섀시의 주요 소재는 TRIP 강철입니다. 따라서 신에너지 자동차 섀시의 설계 과정에서 알루미늄 합금을 선택하여 TRIP 강철 소재를 대체하여 경량 자동차 설계를 달성할 수 있습니다. 현재 알루미늄 합금 주물 YL118, ZL119, ZL120 등도 자동차 섀시에 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어 미국의 Ford Motor Company는 자동차 브레이크 디스크에 알루미늄 합금을 사용하고 Cadillac, Land Rover 등은 자동차 서스펜션 시스템에 알루미늄 합금을 사용하고 NIO는 고진공 다이캐스팅 기술을 사용하여 알루미늄 합금 충격 흡수 타워를 만듭니다.

 

신에너지 자동차 배터리 트레이의 경량화 적용

 

전통적인 연료 차량과 비교했을 때, 파워 배터리는 신에너지 차량의 독특한 파워 시스템 구성 요소입니다. 신에너지 차량에서 파워 배터리는 전체 차량 질량의 약 30%를 차지하며, 그 중 배터리 상자의 무게는 파워 배터리 무게의 약 20%를 차지합니다. 따라서 파워 배터리 상자의 경량화를 달성하는 것이 일반적인 추세입니다. 알루미늄 합금 소재의 장점인 낮은 밀도, 우수한 방열, 안정적인 화학적 특성, 우수한 다이캐스팅은 배터리 상자 소재 적용의 주류 방향을 만듭니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

현재 신에너지 자동차 배터리 팩의 상자 구조는 주로 상부 상자 커버, 배터리 트레이, 하부 셸로 구성되어 있습니다. 배터리 팩의 하중 지지 구성 요소로서 배터리 팩의 하부 상자의 구조와 레이아웃이 합리적인지 여부는 배터리 팩의 수명과 직접 관련이 있습니다. 따라서 하부 상자의 알루미늄 합금 프로파일 구조를 설계할 때 스탬핑 공정 중 경량화와 적당한 두께를 고려하는 것 외에도 도로 표면의 복잡성과 신에너지 자동차 주행 중 발생할 수 있는 다양한 충돌 형태를 고려하여 해당 영역의 구조를 최적화하고 보강 리브를 적절히 늘리고 상자 강성을 개선하며 충격 변형을 효과적으로 방지해야 합니다. 예를 들어 Tesla, BYD, CATL, Weilai 등은 모두 해당 제품을 생산했습니다.알루미늄 배터리 상자, 높은 강도를 확보하는 동시에 경량화라는 목표를 달성배터리 상자.

 

 

레이저 용접에서 핫 스탬핑, 통합 다이캐스팅 기술에 이르기까지 다양한 신기술을 적용하면 생산 효율성과 제품 품질이 향상될 뿐만 아니라 전체 산업의 녹색 전환과 지속 가능한 발전도 촉진됩니다. 알루미늄 합금 제품에 관심이 있으시면 아래 링크를 클릭하세요.

 

https://www.stamping-welding.com/search/Aluminum.html