面向整车厂（OEM）与一级供应商（Tier-1）的技术指南：涵盖材料选择（SMC、CFRP、BMC、热塑性材料）、设计与安全要求、模压成型制造工艺，以及 EV 电池外壳的未来趋势。
概述：EV 电池外壳的核心作用
EV 电池外壳（电池壳体、电池包外壳）是一种多功能子系统，负责保护锂离子电芯、整合热管理系统、提升碰撞安全性，并实现环境密封与电磁屏蔽。随着能量密度提升和安全标准提高，外壳的设计与制造已成为影响车辆性能、可靠性、成本与可回收性的关键。
1. 核心工程要求
1.1 结构与碰撞性能
电池外壳必须抵抗机械侵入、底部冲击以及车架载荷。外壳的刚度与受控变形能力对于碰撞中防止电芯损伤与热失控扩散至关重要。设计验证通常包含部件级碰撞模拟与滑车测试。
1.2 热管理
高效散热与均匀电芯温度对于循环寿命与充电速度至关重要。现代外壳通常集成冷却板、冷却流道、导热界面材料与隔热层。材料和几何结构必须满足热管理需求，同时保持结构完整性。
1.3 防火、电气与 EMI 安全
电池外壳需满足阻燃标准（如适用时的 UL94），保持电气隔离，并提供高压系统所需的电磁干扰（EMI）屏蔽能力。复合材料外壳可通过导电涂层或金属薄层来满足 EMI 要求。
1.4 环境密封与耐久性
常见目标包括达到 IP67/IP68 防护等级、对电解液及道路化学品的耐腐蚀能力、抗 UV、长时间耐湿热与盐雾性能。
1.5 轻量化与可制造性
轻量化可直接提升续航里程，因此复合材料与混合材料是首选，用于在保持安全性能的同时降低重量。可制造性、周期与单件成本决定了量产可行性。
2. 材料方案：优势、局限与典型应用
| 材料 | 优势 | 局限 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| SMC（片状模塑料） | 优异阻燃性能、A级表面、成本有效、良好抗冲击 | 比 CFRP 更重、刚度有限 | 上盖、非结构至半结构件 |
| CFRP（碳纤维增强塑料） | 极高刚度与强度、最佳轻量化效果 | 材料与工艺成本高、维修/回收更复杂 | 高性能 EV、结构性下托盘 |
| BMC（团状模塑料） | 高尺寸精度、可实现阻燃性能 | 更适合小型部件，不适合大型托盘 | 电气外壳、模块支架 |
| 热塑性复合材料（LFT / D-LFT） | 成型周期短、可回收、抗冲击性高 | 耐热性低于某些热固性材料（可通过设计优化） | 大批量托盘、混合结构 |
材料选择通常会采用混合结构（金属-复合材料夹层、导电涂层）以平衡结构性能、EMI 屏蔽性与可制造性。
3. 制造技术：模压成型与配套工艺
3.1 EV 电池上盖的模压成型
模压成型（SMC/BMC）广泛用于上盖和面板，可实现大尺寸、高尺寸稳定性的零件，并能集成安装点、加强筋、密封结构等特征。主要优势包括：
- 适用于大批量的短周期生产
- 良好表面质量（减少后处理/喷涂成本）
- 可成型复杂结构与密封面
3.2 CFRP 工艺（热压罐、RTM、预成型压实）
CFRP 用于结构性托盘时，可采用 RTM、模压预成型或自动铺丝技术。工艺选择取决于性能、成本与周期。
3.3 热塑性模压成型与注塑混合工艺
热塑性材料（LFT/D-LFT）具有可回收、周期短等优势，越来越多用于金属加强件结合的多材料外壳。
3.4 二次加工与连接
电池外壳通常需要：密封（模内或后装）、冷却板集成、螺母/金属件植入、EMI 导电涂层或金属嵌件，以及密封性测试。面向装配的设计（DFA）可有效降低整体成本。
4. 测试方法与合规要求
EV 电池外壳必须通过多学科测试，包括：
- 碰撞测试：整车与部件滑车测试，验证侵入与压溃性能
- 热测试：热浸、冷热循环、滥用测试，验证热失控管理
- 防护等级：IP67/IP68 防水防尘测试
- EMC/ESD：验证高压系统的电磁兼容性与静电安全
- 环境老化：湿热、盐雾、紫外线耐久
全面的验证流程结合 CAE 仿真（CFD 冷却、FEA 碰撞）及实测，有助于加快上市速度。
5. 复合材料 EV 电池外壳的优势
- 轻量化：在部分应用中可比金属减重 30–60%。
- 集成功能：模内加强筋、安装结构、密封面减少零件与装配工序。
- 耐腐蚀：无电化学腐蚀且耐化学品性能优于铝/钢。
- 设计灵活：可实现复杂形状及局部强化以满足碰撞要求。
- 潜在成本优势：在高产量下，优化后的模压具有竞争力的单件成本。
6. 典型设计模式与结构示例
典型现代结构包括：
- 复合材料上盖（SMC 或 LFT），带集成密封法兰与安装点
- 复合材料或金属托盘，带吸能结构与冷却流道
- 混合嵌件（金属螺母、导电片等）
示例：SMC 上盖采用模压成型并带密封槽，搭配 LFT 下托盘以及铝制吸能梁，通过粘接与机械紧固结合——在成本、制造性与安全性能之间取得平衡。
7. 制造与质量控制最佳实践
- 早期 CAE 介入：在概念设计阶段进行结构、热、NVH 多物理场计算。
- 精密模具：模压模具需严格控制平面度与尺寸以确保密封和总成装配。
- 材料工艺窗口：严格控制固化曲线、压力与温度以确保稳定质量。
- 在线检测：光学尺寸检测、密封测试、复合材料无损检测。
- 可回收设计：优选热塑性材料或可拆解结构以满足循环经济要求。
8. 未来趋势与技术创新
影响 EV 电池外壳发展的关键趋势包括：
- 采用热塑性复合材料以提升可回收性与缩短成型周期。
- 金属-复合材料混合结构以达到更优碰撞性能。
- 模内传感器与数字孪生，用于实时过程监控。
- CTP、CTC 架构使电池外壳成为结构底盘的一部分。
- 先进阻燃 SMC 配方，实现一分钟级快速固化，适用于高产量。
结论
EV 电池外壳是影响车辆安全、性能与续航的关键子系统。复合材料结合可靠制造工艺——如模压、RTM 和热塑成型——可实现轻量化、高性能与成本效益。对于 OEM 与 Tier-1 来说，跨学科早期工程协同（CAE + 材料 + 工艺）与可制造性设计是实现量产优化电池外壳的关键。
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