簽到
推動新能源汽車再度進(jìn)化的關(guān)鍵塑料技術(shù)
2024年8月21日，中國工信部公布的強(qiáng)制性國標(biāo)《電動汽車能量消耗量限值第1部分：乘用車》（征求意見稿），首次以強(qiáng)制性國標(biāo)方式規(guī)定了新能源汽車的電耗限值。新能源汽車的能量消耗量跟汽車輕量化密不可分，高性能塑料的最大優(yōu)勢是可以代替鋼等更重的材料，達(dá)到輕量化的目的。同時，自動駕駛技術(shù)正成為新能源汽車的大腦，高性能塑料的一些獨(dú)特性能，可滿足相關(guān)應(yīng)用對材料的嚴(yán)格要求。因此在汽車行業(yè)中，車用塑料占汽車所用材料的比例不斷提高，應(yīng)用也越來越廣泛。
文章來源：宋元 上海東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、雅式橡塑網(wǎng)（www.AdsaleCPRJ.com）
強(qiáng)制性國標(biāo)的征求意見稿的發(fā)布，意味著工信部將提高車型能量消耗門檻要求，完善新能源汽車能量消耗量的管理機(jī)制，進(jìn)一步推動產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步。
以三排以下座椅、非四輪驅(qū)動的車型為例，能量消耗量限值范圍每100公里10.1 kWh至19.1 kWh。其中，整備質(zhì)量在1.09噸至2.71噸之間的車型，每百公里電耗需要控制在13.92kWh以內(nèi)。然而根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，截至2024年8月，僅有60%左右的車型滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此亟需尋求降低電耗的有效手段。
從國標(biāo)要求不難看出，整備質(zhì)量將會是一個重要考核指標(biāo)。新能源汽車整備質(zhì)量大，與其動力系統(tǒng)息息相關(guān)。舉例來說，多家品牌電池包重量超過500kg，有些甚至超過700kg。
目前此強(qiáng)制性國標(biāo)處于征求意見稿階段，按行業(yè)一般情況看，大概還有兩年左右正式發(fā)放，所以現(xiàn)在是各家車企調(diào)整輕量化技術(shù)路線的窗口期。
傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)、變速箱）處于高熱、高磨損工況，因此塑料件的使用十分有限。而新能源動力系統(tǒng)中，電池包管理系統(tǒng)等部件工作狀態(tài)相對更友好，有利于車用塑料的應(yīng)用。
（1）阻燃需要
車用塑料在電池包的熱管理中扮演著至關(guān)重要的角色，為應(yīng)對電池在高溫和高壓環(huán)境下可能產(chǎn)生的過熱風(fēng)險(xiǎn)，可采用具有優(yōu)異阻燃性能的熱塑性塑料。其中，聚丙烯化合物（PPc）和長玻纖（LGF）增強(qiáng)的PP樹脂尤為突出，不僅能夠有效隔絕熱量，防止電池包的內(nèi)部溫度過高，還具備出色的機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性，確保了電池包在極端條件下的穩(wěn)定運(yùn)行和乘客的安全。
利用熱塑性塑料的優(yōu)勢，SABIC便開發(fā)了一種創(chuàng)新的電池包概念，將單個電池集成由30% 玻纖填充的阻燃聚丙烯化合物模制而成的薄壁外殼內(nèi)。此外，LG化學(xué)和LX Hausys合作開發(fā)了一種特殊阻燃連續(xù)纖維熱塑性塑料（CFT )，以延緩電池?zé)崾Э亍?
（2）防塵防水需要
動力電池包的IP防塵防水性能要求極高，行業(yè)普遍要求達(dá)到IP67等級，一些車企，如吉利汽車、哪吒汽車、ARCFOX極狐還對外宣稱能做到IP68等級。
而提升電池包IP防塵防水性能的關(guān)鍵在于電氣連接器周圍的密封和固定件，其作為電池包內(nèi)外連接的關(guān)鍵點(diǎn)，需要承受一定的機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境變化。因此，采用高強(qiáng)度、耐磨損的塑料材料，如聚酰胺（PA）或聚碳酸酯（PC），能夠確保連接的穩(wěn)定性和密封性，防止水分、灰塵等雜質(zhì)侵入，保障電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
此外，由于電池包在熱失控后會產(chǎn)生大量的氣體，需要及時排出，否則極容易引發(fā)爆炸。安全裝置如防爆閥的支撐結(jié)構(gòu)也常采用特殊設(shè)計(jì)的塑料材料，這些材料在緊急情況下能迅速響應(yīng)，有效釋放內(nèi)部壓力，防止電池爆炸，進(jìn)一步提升了電池包的安全性。
電池包結(jié)構(gòu)件作為電動汽車能源系統(tǒng)的核心組成部分，其設(shè)計(jì)與材料選擇對車輛的整體性能、安全性及續(xù)航里程具有至關(guān)重要的影響。傳統(tǒng)上，高強(qiáng)度鋼因其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性能，被廣泛用于電池包的沖壓成形結(jié)構(gòu)中，確保在復(fù)雜工況下電池包的結(jié)構(gòu)完整性。
為進(jìn)一步提升輕量化效果，近年來，車用塑料在電池包的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益增多，尤其是在模組外殼和電池包密封蓋等部位。
這些塑料材料，如聚碳酸酯、聚酰胺（特別是尼龍?jiān)鰪?qiáng)型）以及聚氨酯（PU）等，不僅密度遠(yuǎn)低于鋼材，在特定配方和工藝下，還能夠?qū)崿F(xiàn)與金屬相近甚至更優(yōu)的機(jī)械性能和耐環(huán)境老化能力。
例如，由上海普利特復(fù)合材料推出的LGF增強(qiáng)阻燃尼龍材料，被用于替代電池包結(jié)構(gòu)件中的鋼材，使部件重量減輕了40%，制造成本降低了15%。
電池包結(jié)構(gòu)件所處的工作環(huán)境極為苛刻，需承受機(jī)械振動、高溫高濕、紫外線輻射、化學(xué)腐蝕等多種挑戰(zhàn)，因此對材料的性能提出了嚴(yán)格要求。
針對這些要求，行業(yè)內(nèi)不斷探索和創(chuàng)新，取得了顯著進(jìn)展。例如，聚氨酯電池包上殼體解決方案的成功應(yīng)用就是一個典型例證。在一系列嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化測試中，包括機(jī)械性能、高溫高濕老化、氙燈老化、耐酸、耐堿、耐高溫和絕緣性能等，聚氨酯材料均展現(xiàn)了其作為電池包結(jié)構(gòu)材料的可行性和優(yōu)越性。
科思創(chuàng)開發(fā)的Baydur? HP-RTM（高壓反應(yīng)注射成型）電池包上殼體便是聚氨酯在新能源汽車中的關(guān)鍵應(yīng)用，其阻燃性好、重量輕、厚度可薄至0.8毫米。
另一方面，2024年12月發(fā)布的《中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳發(fā)布關(guān)于加快建設(shè)統(tǒng)一開放的交通運(yùn)輸市場的意見》提出，應(yīng)持續(xù)實(shí)施自動駕駛、智能航運(yùn)等先導(dǎo)應(yīng)用試點(diǎn)，推動交通運(yùn)輸綠色智能轉(zhuǎn)型升級。目前，中國已有超過50個城市出臺自動駕駛試點(diǎn)示范政策，而車企也將自動駕駛功能作為新能源汽車的其中一個優(yōu)勢賣點(diǎn)。
自動駕駛技術(shù)正成為助力新能源汽車發(fā)展的新質(zhì)生產(chǎn)力，其不只催生新的商業(yè)模式，例如共享自動駕駛出租車服務(wù)，還激發(fā)相關(guān)技術(shù)的升級和創(chuàng)新。
高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）利用各種傳感器來進(jìn)行偵測，收集數(shù)據(jù)，并結(jié)合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算與分析，而自動輔助導(dǎo)航駕駛（NOA）則是ADAS其中一項(xiàng)功能。
NOA是結(jié)合輔助駕駛和導(dǎo)航功能的技術(shù)，當(dāng)車輛在高速公路或高架等路段行駛時，按車載導(dǎo)航路線讓車輛進(jìn)行自動變道、自動進(jìn)出匝道口、加減速、開關(guān)車燈等的技術(shù)。
ADAS對材料的要求很高，也有獨(dú)特性，塑料在相關(guān)應(yīng)用中大有可為。其中，毫米波雷達(dá)可為遠(yuǎn)程目標(biāo)提供可靠、高分辨率的信息，而整流罩是毫米波雷達(dá)的重要部件，可保護(hù)內(nèi)部高頻天線免受天氣和環(huán)境影響，其采用的材料除具備高強(qiáng)度性能外，還需要保證穿透電波不受影響。
高性能工程塑料易于加工成型性，而且耐熱性、抗化學(xué)性能好，有些材料更具備較低介電常數(shù)（Dk）的性能，讓雷達(dá)發(fā)出的電波充分穿透，滿足了毫米波雷達(dá)整流罩的特性要求。
隨著以ADAS為重點(diǎn)的汽車智能化市場持續(xù)擴(kuò)張，材料供應(yīng)商也積極開發(fā)更多前沿解決方案。例如，恩驊力最近便推出了針對車載雷達(dá)的完整激光可焊熱塑性塑料產(chǎn)品組合，包括聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚苯硫醚（PPS）、PBT + PC牌號。
SABIC的兩款新型改性材料則具有高耗散系數(shù)（Df）的特性，從而實(shí)現(xiàn)高效的噪聲吸收，提高了毫米波雷達(dá)吸波器件的信噪比，最大限度地減少干擾信號傳輸?shù)脑肼?，提高傳感器的精度和傳輸范圍。此外，其超高流動性和極低翹曲特性提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性。
材料科學(xué)的進(jìn)步和制造工藝的創(chuàng)新為車用塑料在新能源汽車動力系統(tǒng)的應(yīng)用提供了廣闊前景，未來電池包結(jié)構(gòu)件的材料選擇將更加多樣化，輕量化與高性能的平衡將成為行業(yè)追求的方向。同時，車用塑料也可提高自動駕駛技術(shù)應(yīng)用的效率和安全性，加速汽車智能化落地，助力交通運(yùn)輸系統(tǒng)升級轉(zhuǎn)型。
