Partie 2. Technologie : l'extrusion d'aluminium + le soudage par friction-malaxage comme courant dominant, le soudage laser et le FDS deviennent-ils la direction future ?
1. Par rapport au moulage sous pression et à l'emboutissage, le formage par extrusion d'aluminium puis le soudage constituent actuellement la technologie dominante des boîtiers de batterie.
1) La profondeur d'emboutissage de la coque sous le bloc-batterie soudée par la plaque d'aluminium emboutie, la résistance insuffisante aux vibrations et aux chocs du bloc-batterie et d'autres problèmes obligent les entreprises automobiles à avoir une forte capacité de conception intégrée de la carrosserie et du châssis ;
2) Le moulage sous pression du support de batterie en aluminium est réalisé en une seule fois. L'inconvénient de cet alliage est qu'il est sujet aux défauts de sous-coulée, aux fissures, à l'isolation à froid, aux dépressions, à la porosité et autres. L'étanchéité du produit après moulage est médiocre et son faible allongement est susceptible de se déformer après collision.
3) Le plateau de batterie en alliage d'aluminium extrudé est le schéma de conception de plateau de batterie actuel, grâce à l'épissure et au traitement des profils pour répondre à différents besoins, présente les avantages d'une conception flexible, d'un traitement pratique, facile à modifier, etc. Performance Le plateau de batterie en alliage d'aluminium extrudé présente une rigidité élevée, une résistance aux vibrations, une extrusion et des performances d'impact.
2. Plus précisément, le processus d'extrusion de l'aluminium pour former un boîtier de batterie est le suivant :
La plaque inférieure du caisson est formée par soudage par friction-malaxage après extrusion de la barre d'aluminium, et le caisson est formé par soudage des quatre plaques latérales. Actuellement, les profilés en aluminium courants utilisent des profilés 6063 ou 6016 ordinaires, dont la résistance à la traction est généralement comprise entre 220 et 240 MPa. L'utilisation d'aluminium extrudé plus résistant permet d'atteindre une résistance à la traction supérieure à 400 MPa, ce qui permet de réduire le poids du caisson de 20 à 30 % par rapport aux profilés en aluminium ordinaires.
3. La technologie de soudage est également en constante évolution, le courant dominant actuel étant le soudage par friction-malaxage.
En raison de la nécessité de raccorder le profilé, la technologie de soudage a un impact considérable sur la planéité et la précision du boîtier de batterie. La technologie de soudage des boîtiers de batterie se divise en soudage traditionnel (TIG, CMT), mais aussi en soudage par friction (FSW), soudage laser plus avancé, technologie d'auto-serrage des boulons (FDS) et technologie de collage.
Le soudage TIG est réalisé sous protection gazeuse. L'arc généré entre l'électrode en tungstène et la pièce soudée chauffe le métal de base et le fil d'apport, permettant ainsi des soudures de haute qualité. Cependant, avec l'évolution des structures en caisson, dont la taille s'agrandit, le profil s'affine et la précision dimensionnelle après soudage, le soudage TIG présente des inconvénients.
Le CMT est un nouveau procédé de soudage MIG/MAG. Il utilise un courant pulsé important pour un arc de soudage régulier. Grâce à la tension superficielle du matériau, à la gravité et au pompage mécanique, il forme une soudure continue. Faible apport de chaleur, absence de projections, stabilité de l'arc, vitesse de soudage élevée, etc., ce procédé est idéal pour le soudage de divers matériaux. Par exemple, la structure du boîtier sous la batterie des modèles BYD et BAIC adopte majoritairement la technologie de soudage CMT.
4. Le soudage par fusion traditionnel présente des problèmes tels que la déformation, la porosité et un faible coefficient de soudage dû à un apport de chaleur important. C'est pourquoi une technologie de soudage par friction-malaxage, plus efficace et écologique, offrant une meilleure qualité de soudage, est largement utilisée.
Le soudage par friction-malaxage (FSW) utilise la chaleur générée par le frottement entre l'aiguille de mélange en rotation et l'épaulement de l'arbre, ainsi que le métal de base comme source de chaleur. Grâce à la rotation de l'aiguille de mélange et à la force axiale de l'épaulement de l'arbre, le flux de plastification du métal de base est obtenu et le joint de soudure est ainsi obtenu. Ce type de joint, doté d'une résistance élevée et d'une excellente étanchéité, est largement utilisé dans le soudage des boîtiers de batterie. Par exemple, de nombreux modèles Geely et Xiaopeng utilisent un procédé de soudage par friction-malaxage double face pour le boîtier de batterie.
Le soudage laser utilise un faisceau laser à haute densité énergétique pour irradier la surface du matériau à souder afin de le faire fondre et de former un joint fiable. L'utilisation de ces équipements est encore limitée en raison du coût initial élevé, du long retour sur investissement et de la difficulté du soudage laser des alliages d'aluminium.
5. Afin d'atténuer l'impact de la déformation du soudage sur la précision de la taille de la boîte, la technologie d'auto-serrage des boulons (FDS) et la technologie de collage sont introduites, parmi lesquelles des entreprises bien connues sont WEBER en Allemagne et 3M aux États-Unis.
La technologie d'assemblage FDS est un procédé de formage à froid de vis autotaraudeuses et de boulons par serrage de l'arbre central de l'équipement. Ce procédé permet la rotation à grande vitesse du moteur à connecter, la friction de la plaque et la déformation plastique. Ce procédé est généralement utilisé avec des robots et présente un haut degré d'automatisation.
Dans le domaine de la fabrication de batteries pour les nouvelles énergies, ce procédé est principalement appliqué au boîtier de la structure du cadre, avec un procédé de collage, afin de garantir une solidité de connexion suffisante et une étanchéité optimale. Par exemple, le boîtier de batterie d'un modèle de voiture NIO utilise la technologie FDS et a été produit en grande quantité. Si la technologie FDS présente des avantages évidents, elle présente également des inconvénients : coût élevé des équipements, coût élevé des protubérances et des vis post-soudure, etc., et les conditions d'exploitation limitent également son application.
Partie 3. Part de marché : le marché des boîtiers de batterie est vaste et connaît une croissance composée rapide
Le volume des véhicules 100 % électriques continue de croître, et le marché des boîtiers de batteries pour véhicules à énergies nouvelles est en pleine expansion. Sur la base des estimations des ventes nationales et mondiales de véhicules à énergies nouvelles, nous calculons le marché national des boîtiers de batteries pour véhicules à énergies nouvelles en supposant une valeur unitaire moyenne de ces boîtiers :
Hypothèses de base :
1) Le volume des ventes de véhicules à énergies nouvelles en Chine en 2020 s'élève à 1,25 million. Selon le Plan de développement à moyen et long terme de l'industrie automobile publié par les trois ministères et commissions, on peut raisonnablement estimer que le volume des ventes de véhicules particuliers à énergies nouvelles en Chine atteindra 6,34 millions en 2025, et que la production à l'étranger de véhicules à énergies nouvelles atteindra 8,07 millions.
2) Le volume des ventes nationales de véhicules purement électriques représente 77 % en 2020, en supposant que le volume des ventes représentera 85 % en 2025.
3) La perméabilité du boîtier de batterie et du support en alliage d'aluminium est maintenue à 100 %, et la valeur d'un seul vélo est de 3 000 RMB.
Résultats des calculs : on estime que d'ici 2025, le marché des boîtiers de batteries pour véhicules de tourisme à énergie nouvelle en Chine et à l'étranger sera d'environ 16,2 milliards de RMB et 24,2 milliards de RMB, et le taux de croissance composé de 2020 à 2025 sera de 41,2 % et 51,7 %
Date de publication : 16 mai 2022
