הקרן למדע החומרים של ניידות חשמלית

כלי רכב חשמליים מייצגים שינוי עמוק בהנדסה הרכב, המציגים את קריטריונים של ביצועים כי כלי רכב פנימיים מסורתיים (ICE) מעולם לא היה צריך עדיפות. מסת סוללה, ניהול תרמי ויעילות אווירודינמיקה הם עכשיו מנהלי עיצוב ראשוניים. בהקשר זה, הבחירה של חומרים מתקדמים במיוחד ⁇ מתכת הופכת גורם מרכזי בקביעת טווח של כלי רכב, בטיחות, ייצור, איכות סביבתית וטביעה.

⁇ מתכת מתקדמות הם שילובים מונדסים של שני מרכיבים מתכתיים או יותר, שנועדו להשיג תכונות גבוהות יותר של הבוחרים האישיים שלהם.על ידי שליטה בדיוק על ההרכב והעיבוד כולל טיפול חום, מתגלגל, ו- extrusion Metalion Metallurgists יכול להתאים כוח, דוקטריות, עמידות קורוזיה, התנהגות תרמית כדי לענות על הדרישות המדויקות של פלטפורמות EV.

Alloys קריטי באדריכלות המודרנית

אלומיניום: סוס העבודה הקל משקל

אלומיניום ביסס את עצמו חזק כחומר הקל משקל החשוב ביותר עבור שוק המוניות. צפיפות נמוכה של 2.7 גרם / ס"מ3 בהשוואה פלדה ב 7.8 g / ס"מ3 מציעה חיסכון במשקל של כ -65% לנפח יחידה. 5xxx (אל-מאג), 6xxx (אל-מאג-סי), ו -7xxx (אל-Zn) ⁇ s) משמשים באופן נרחב בייצור הרכב.

טרנד בולט הוא אימוץ של בקנה מידה גדול, מדכא גבוה ליהוק נקרא לעתים קרובות Giga-casting לייצר חזית חד פעמית אחורית מבנים תחת גוף אחורית.טכניקה זו, אשר פופולרי על ידי טסלה, וכעת מאומצת על ידי וולוו, הגנרל מוטורס, ואחרים, דורש סגסוגת מיוחדת כמו AlSi10Mng כי להציג נוזל גבוה ותכונות מכניות מצוינות באגודה כ-caster.

פלדה גבוהה-Strength: שמירה על תקני בטיחות

בעוד אלומיניום מתייחס למשקל, פלדה ממשיכה להצטיין כוח וחסכוני, במיוחד עבור כלובים בטיחות. מתקדם גבוה-Strength Steels (AHSS), כולל שלב כפול (DP), טרנספורמציה- induced פלסטיות (TRIP), ו- Press-Hardened Steels (PHS), לאפשר למעצבים להשתמש במדדים תוך שמירה על ערך התרסקות גבוהה של PHS, אשר יכול להיות גבוה יותר על פני השטח, 000, מאפשר ל-Ride, 000, ובכך מאפשר ל-Ride, 000, 000, 000, ובכך לספק הגנה אידיאלי עבור סוללות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, עושה את הסוללות, עושה את זה מאפשר ל-חום, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, עושה את זה מאפשר ל-לח, 000 הגנה מפני שמירה על מנת לשפר את הפחתת הגנה אידיאלי עבור התנגשויות, 000, 000 הגנה מפני שמירה על מנת לשפר את ההתנגשות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

השימוש האסטרטגי במבנה גוף רב-חומרי, שילוב לוחות חיצוניים אלומיניום ומבנים חזיתיים עם כלוב בטיחות AHSS, מייעל את ההחלפה בין משקל, עלות ובטיחות. גישה זו, המתועדת באופן נרחב על ידי FLT:0WorldAutoSteelveFLT:1, מאפשר ליצרניות הרכב לעמוד בסטנדרטים של בדיקת תאונות מחמירות ללא סיבוכים.

מגנזיום Alloys: Pushing Weight Reduction

עבור רכיבים שבהם ירידה במשקל היא העדיפות המוחלטת, מגנזיום מציע אפשרות משכנעת.עם צפיפות של 1.74 גרם / CM3, זה 33 אחוזים בהיר יותר מאלומיניום ו-75 אחוזים בהיר יותר פלדה. Magnesium ⁇ , כגון AZ91D ו AM60, משמשים ביישומים מדגימים מתים כמו פאנלים של מחקר כלי רכב, היגוי עמודה, ומסגרות מושבות, בעוד מוגבל מבחינה היסטורית על ידי עלויות גבוהות וגרים, ואפקטים של פחמן, הם משפרים חדשים של פחמן לטווח גבוה, כמו גם שיטות הגנה מפני חומרים מסגסוגת זמן, כמו גם משפרים מתקדמים.

קופר וקופר אלוי: המוליכים החשמליים

כוח חשמלי דורש מוליכות חשמלית יוצאת דופן, ונחושה היא החומר הסטנדרטי עבור כבלים בעלי מתח גבוה, אוטובוסים, וחשמל מוטורי רוח עקב מוליכות גבוהה שלה. EV מכיל בערך פי שניים כמות הנחושת כמכונית קונבנציונלית, כ 80 עד 100 פאונד לכל רכב. ⁇ נחושת מתקדמת, כגון Cu-Sn ו- Cu-Zr, להציע כוח משופר והתנגדות רפויעת ללא הפעלת לחץ משמעותי של תפקוד מגנטית רוח מכנית.

פלדות ללא סטטינים טיטניום עבור יישומים מיוחדים

מעבר ⁇ העיקרית, נירוסטה פלדה טיטניום הם מציאת נישה אבל תפקידים חשובים בייצור EV. Stainless פלדה, במיוחד בגרסאות אולטרה-גבוהות צמיחה, משמש מחסניות סוללות עבור ההתנגדות קורוזיה יוצאת דופן שלה וכוח השפעה. s Les Cybertrucks בעיקר לנצל אולטרה-רד פלדה exoskeleton תוכנן עבור עמידות מקסימלית.

Alloys מתקדמים עבור ביצועי סוללה ובטיחות תרמית

סוללות אינטגרטוריות Enclosures

חבילת הסוללה אינה רק מערכת אחסון אנרגיה כימית; היא מרכיב מבני של הרכב.המחסה חייבת להגן על תאים מפני השפעה, רטט, ולחות בתוקפנות. הפלייאוף וההליקים הם החומרים הדומיננטיים עבור המתחם הזה. Alloys עם קשיחות רבה שבר ו מוליכות תרמית טובה נבחרים כדי להבטיח שלמות מבנית ולהפחית את האינטגרציה של הסוללה לתוך המבנה של הגוף, באמצעות רכיבי סגסוגת או מטושטשים יותר, בין רכיבי סוללה, או סגסוגת מכניים, או מטושטשים יותר, כגון סגסוגת, או סגסוגת יותר, בין רכיבי סוללה.

מערכות ניהול

סוללות ליתיום-יון פועלות בצורה אופטימלית בטווח טמפרטורה צר, בדרך כלל 20 עד 40 מעלות צלזיוס. ניהול תרמי יעיל הוא חיוני לביצועים, בטיחות ותוחלת החיים. לוחיות קרות, כיור חום, וערוצי קירור לעתים קרובות מופרשים מאלומיניום 6063 או 6061 בשל מוליכות תרמית מעולה שלהם ומודולים מורכבים.

אספן ו- Foils

בתוך כל תא סוללה, סולידי מתכת דק משמשים אספנים נוכחיים. אלומיניום כלול משמש עבור קטוודה, וחוש נחושת עבור aode. Thinner סוללים, למטה עד 6 מיקרונים או פחות, להפחית מסה לא פעיל, המאפשר צפיפות אנרגיה גבוהה יותר.הפיתוח של משקעים גבוהים, פיתול חינם הוא אתגר הנדסי קריטי המשפיע ישירות על ייצור תאים וביצועים מתקדמים עבור טיפולים מתקדמים אלה יכול גם לשפר את קצבי מחזור חיים נוסף, כמו גם שיפור יותר של ציפויים אלקטרו-מוח, יותר של חומרים מעוד יותר.

מדד שרשרת האספקה והכלכלה של Alloy Selection

מחיר כולל של ניתוח בעלות

בחירת סגסוגת מתקדמת כוללת חישוב כלכלי מורכב.אלומיניום ו- AHSS יקרים יותר לקילוגרם מאשר פלדה קלה, אבל החיסכון במשקל הם מאפשרים להפחית את גודל הסוללה, מה שניתוח העלות של המערכת הכוללת הוא קריטי. הפחתה של 10% במשקל כלי רכב יכול להניב 6 עד 8 אחוזים שיפור בטווח או לאפשר עבור סוללה קטנה יחסית, המהווה את הרכיב היקר ביותר של EVFLT אסטרטגיות חיים 1- 1- 1- LT של 1- 1- 1- 1-4% של יעילות בטווח של יעילות של יעילות של סוללה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הוא צמצום של יעילות של יעילות של סוללה יעילה יותר של 1.5% של יעילות של סוללה יעילה יותר של LT1.

Scrappage and Manufacturing Efficiency

בתהליכי ייבוש גבוהים ו הליהוק, כמות משמעותית של גרדנות נוצר.הערך הכלכלי של גרדיטה זו הוא גורם חשוב בבחירת חומרים. אלומיניום ופלדה יש שוקי מחזור מבוססים היטב, המאפשר OEM לגבות עלויות חומריות.עם זאת, ניהול פיסות חומר מעורבות, כגון אלומיניום מעורבב עם פלדה, יכול לסבך את ההחזרה.

שרשרת אספקה משמעותית

⁇ מתקדמות רבות מסתמכות על אלמנטים עם סיכונים של אספקה גיאופוליטית.מגנזיום, אלמנטים נדירים של כדור הארץ המשמשים במגנטים, ואפילו אלומיניום של טיהור גבוה כפופים למדיניות סחר ומגבלות כרייה.יצרניות אוטומטי מחתימות יותר ויותר הסכמי אספקה לטווח ארוך ומשקיעים ביכולת החזר מקומי או מגוונת להבטיח עמידות שרשרת אספקה של חומרים מרכזיים בארה"ב, למשל, בריכוז מיקור חוץ גופית ומעבדה של הסוכנות הבינלאומית לאספקת חומרים אלה היא אתגר מרכזי של אנרגיה: 1.

קיימות ומחזור החיים של EV Alloys

אתגר ההפריה והייצור הירוק

האישורים הסביבתיים של EV מושפעים מאוד מהרכב החומרי שלה.בעוד שלב השימוש של EVs הוא אפס-המשימה בהתאם לתערובת האנרגיה ברשת, שלב הייצור נושא טביעת רגל פחמן מוטבעת משמעותית.ייצור אלומיניום ראשוני הוא אנרגיה-רגיש, חשבונאות עבור בערך 1% של פליטת גזי חממה גלובלית. מסיבה זו, השימוש של פחמן ממוחזר, או ירוק, אלומיניום הוא מוקד חשוב עבור אוטומטיזציה של צריכת אלומיניום ממוחזרת באופן משמעותי כדי להפחית את האלומיניום ל-95% מצריכת אנרגיה נמוכה יותר מאשר ל-ידי פחמן-ידיים פחות מ-ידיים.

משקל אור ופעולה

ההשפעה של דלק של קל משקל הוא אפילו יותר בולט EVs מאשר כלי רכב ICE עקב אפקט מסה decompounding. רכב קל יותר לא רק דורש פחות אנרגיה כדי להאיץ, אלא גם מאפשר שימוש של ערכת סוללות קטנה וקלה יותר כדי להשיג את הטווח הרצוי.זה יוצר מחזור רוטט של משקל ועלויות כי ישירות לשפר את פליטת החיים הכוללת של הרכב.

עיצוב למחזור ומחזוריות

השלב של סוף החיים של EVs מקבל תשומת לב מוגברת.עיצוב כלי רכב עם מחזוריות בראש הוא חיוני ליצירת כלכלה מעגלית.זה כרוך צמצום מספר ⁇ שונים המשמשים כלי רכב יחיד, סימון רכיבים עבור קל מיון, ולהימנע מזיהומים חומר מעורב שקשה להפריד חומרים חדשים.

קווי עתיד וגבולות מחקר

אלומיניום-Lithium Alloys

משועמם מתעשיית התעופה, אלומיניום-ליתיום ⁇ מציעים ירידה של 10% צפיפות ועלייה של 15% בנוקשות בהשוואה ⁇ אלומיניום קונבנציונליים. בעוד כיום יקר מדי עבור כלי רכב מרכזיים, הם מוערכים עבור פלטפורמות EV מתקדמות שבו טווח וביצועים הם שיפורים קריטיים בתהליכי ייצור הם בהדרגה צמצום העלות של חומרים מתקדמים אלה, מה שעשוי להפוך אותם לזמין יותר לשימוש רכב בעשור הקרוב.

אופטימיזציה רב-תחומית והצטרפות לטכנולוגיות

העתיד של מבני גוף EV שוכן בתכנון רב-חומרי אינטליגנטי, שבו ⁇ הנכונה משמשת במקום הנכון.זה דורש טכנולוגיות מתקדמות של הצטרפות כגון סדקים עצמיים, מברגי זרימה, וקשר מבני לשילוב יעיל של אלומיניום, פלדה, מגנזיום, ותאומים דיגיטליים הם כלים חיוניים לקידוד מערכות חומר מורכבות אלה, המאפשרים לחיזוי ביצועים ויכולת מבנית כדי לשלב ביעילות חומרים לא-טיפוסיים.

High-Entropy Alloys

⁇ גבוהה-entropy (HEAs), המורכבים משיעורים שווים או קרובים של חמישה מתכות או יותר, מייצגים גישה חדשה רדיקלית לעיצוב ⁇ . חלק HEAs מציג כוח יוצא דופן, דוקטריות, והתנגדות קורוזיה שעולה על ⁇ קונבנציונליים. בעוד עדיין בשלב המחקר, הם מחזיקים פוטנציאל ארוך טווח עבור יישומים קיצוניים במנועים חשמליים, מערכות תרמיות, מבניות או היכולת להתאים את התכונות של עיצוב בלתי מוגבלות.

טיפול ב-Cretings and Surface Treatments

הביצועים של ⁇ מתקדמות יכול להיות משופר עוד באמצעות ציפויים וטיפולים על פני השטח. ציפויים עמיד קורוזיה עבור ⁇ מגנזיום, ציפויים אנטי-פריון עבור רכיבי כוח, וציפויים התנהגות תרמית עבור כיור חום הם כל תחומי פיתוח פעיל. טיפולים אלה מאפשרים למהנדסים להשתמש בחומרים זולים יותר עלות תוך השגת התכונות הדרושות עבור יישומים הדורשים של רכב, הרחבת טווח האפשרויות החומריות קיימא עבור ייצור EV.

מסקנה

ההתקדמות המהירה של כלי רכב חשמליים היא בלתי נפרדת מהאבולוציה המתמשכת של החומרים המשמשים לבניית אותם. ⁇ מתכת מתקדמות הם לא רק רכיבים פסיביים; הם מאפשרים פעילים של טווח, בטיחות, וקיימות.מאימוץ נרחב של אלומיניום ו- AHSS ועד פוטנציאל המתעורר של מגנזיום וסגסוגת גבוהה, חומרים הם כוח מניע במעבר חשמלי.