面向整車廠（OEM）與一級供應商（Tier-1）的技術指南：涵蓋材料選擇（SMC、CFRP、BMC、熱塑性材料）、設計與安全要求、模壓成型制造工藝，以及 EV 電池外殼的未來趨勢。
概述：EV 電池外殼的核心作用
EV 電池外殼（電池殼體、電池包外殼）是一種多功能子系統，負責保護鋰離子電芯、整合熱管理系統、提升碰撞安全性，并實現環境密封與電磁屏蔽。隨著能量密度提升和安全標準提高，外殼的設計與制造已成為影響車輛性能、可靠性、成本與可回收性的關鍵。
1. 核心工程要求
1.1 結構與碰撞性能
電池外殼必須抵抗機械侵入、底部沖擊以及車架載荷。外殼的剛度與受控變形能力對于碰撞中防止電芯損傷與熱失控擴散至關重要。設計驗證通常包含部件級碰撞模擬與滑車測試。
1.2 熱管理
高效散熱與均勻電芯溫度對于循環壽命與充電速度至關重要。現代外殼通常集成冷卻板、冷卻流道、導熱界面材料與隔熱層。材料和幾何結構必須滿足熱管理需求，同時保持結構完整性。
1.3 防火、電氣與 EMI 安全
電池外殼需滿足阻燃標準（如適用時的 UL94），保持電氣隔離，并提供高壓系統所需的電磁干擾（EMI）屏蔽能力。復合材料外殼可通過導電涂層或金屬薄層來滿足 EMI 要求。
1.4 環境密封與耐久性
常見目標包括達到 IP67/IP68 防護等級、對電解液及道路化學品的耐腐蝕能力、抗 UV、長時間耐濕熱與鹽霧性能。
1.5 輕量化與可制造性
輕量化可直接提升續航里程，因此復合材料與混合材料是首選，用于在保持安全性能的同時降低重量。可制造性、周期與單件成本決定了量產可行性。
2. 材料方案：優勢、局限與典型應用
| 材料 | 優勢 | 局限 | 典型應用 |
|---|---|---|---|
| SMC（片狀模塑料） | 優異阻燃性能、A級表面、成本有效、良好抗沖擊 | 比 CFRP 更重、剛度有限 | 上蓋、非結構至半結構件 |
| CFRP（碳纖維增強塑料） | 極高剛度與強度、最佳輕量化效果 | 材料與工藝成本高、維修/回收更復雜 | 高性能 EV、結構性下托盤 |
| BMC（團狀模塑料） | 高尺寸精度、可實現阻燃性能 | 更適合小型部件，不適合大型托盤 | 電氣外殼、模塊支架 |
| 熱塑性復合材料（LFT / D-LFT） | 成型周期短、可回收、抗沖擊性高 | 耐熱性低于某些熱固性材料（可通過設計優化） | 大批量托盤、混合結構 |
材料選擇通常會采用混合結構（金屬-復合材料夾層、導電涂層）以平衡結構性能、EMI 屏蔽性與可制造性。
3. 制造技術：模壓成型與配套工藝
3.1 EV 電池上蓋的模壓成型
模壓成型（SMC/BMC）廣泛用于上蓋和面板，可實現大尺寸、高尺寸穩定性的零件，并能集成安裝點、加強筋、密封結構等特征。主要優勢包括：
- 適用于大批量的短周期生產
- 良好表面質量（減少后處理/噴涂成本）
- 可成型復雜結構與密封面
3.2 CFRP 工藝（熱壓罐、RTM、預成型壓實）
CFRP 用于結構性托盤時，可采用 RTM、模壓預成型或自動鋪絲技術。工藝選擇取決于性能、成本與周期。
3.3 熱塑性模壓成型與注塑混合工藝
熱塑性材料（LFT/D-LFT）具有可回收、周期短等優勢，越來越多用于金屬加強件結合的多材料外殼。
3.4 二次加工與連接
電池外殼通常需要：密封（模內或后裝）、冷卻板集成、螺母/金屬件植入、EMI 導電涂層或金屬嵌件，以及密封性測試。面向裝配的設計（DFA）可有效降低整體成本。
4. 測試方法與合規要求
EV 電池外殼必須通過多學科測試，包括：
- 碰撞測試：整車與部件滑車測試，驗證侵入與壓潰性能
- 熱測試：熱浸、冷熱循環、濫用測試，驗證熱失控管理
- 防護等級：IP67/IP68 防水防塵測試
- EMC/ESD：驗證高壓系統的電磁兼容性與靜電安全
- 環境老化：濕熱、鹽霧、紫外線耐久
全面的驗證流程結合 CAE 仿真（CFD 冷卻、FEA 碰撞）及實測，有助于加快上市速度。
5. 復合材料 EV 電池外殼的優勢
- 輕量化：在部分應用中可比金屬減重 30–60%。
- 集成功能：模內加強筋、安裝結構、密封面減少零件與裝配工序。
- 耐腐蝕：無電化學腐蝕且耐化學品性能優于鋁/鋼。
- 設計靈活：可實現復雜形狀及局部強化以滿足碰撞要求。
- 潛在成本優勢：在高產量下，優化后的模壓具有競爭力的單件成本。
6. 典型設計模式與結構示例
典型現代結構包括：
- 復合材料上蓋（SMC 或 LFT），帶集成密封法蘭與安裝點
- 復合材料或金屬托盤，帶吸能結構與冷卻流道
- 混合嵌件（金屬螺母、導電片等）
示例：SMC 上蓋采用模壓成型并帶密封槽，搭配 LFT 下托盤以及鋁制吸能梁，通過粘接與機械緊固結合——在成本、制造性與安全性能之間取得平衡。
7. 制造與質量控制最佳實踐
- 早期 CAE 介入：在概念設計階段進行結構、熱、NVH 多物理場計算。
- 精密模具：模壓模具需嚴格控制平面度與尺寸以確保密封和總成裝配。
- 材料工藝窗口：嚴格控制固化曲線、壓力與溫度以確保穩定質量。
- 在線檢測：光學尺寸檢測、密封測試、復合材料無損檢測。
- 可回收設計：優選熱塑性材料或可拆解結構以滿足循環經濟要求。
8. 未來趨勢與技術創新
影響 EV 電池外殼發展的關鍵趨勢包括：
- 采用熱塑性復合材料以提升可回收性與縮短成型周期。
- 金屬-復合材料混合結構以達到更優碰撞性能。
- 模內傳感器與數字孿生，用于實時過程監控。
- CTP、CTC 架構使電池外殼成為結構底盤的一部分。
- 先進阻燃 SMC 配方，實現一分鐘級快速固化，適用于高產量。
結論
EV 電池外殼是影響車輛安全、性能與續航的關鍵子系統。復合材料結合可靠制造工藝——如模壓、RTM 和熱塑成型——可實現輕量化、高性能與成本效益。對于 OEM 與 Tier-1 來說，跨學科早期工程協同（CAE + 材料 + 工藝）與可制造性設計是實現量產優化電池外殼的關鍵。
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