隨著汽車行業的快速電氣化,原始設備制造商和電池模塊生產商對使用復合材料制作電池外殼的興趣越來越大。復合材料的外殼和托盤可以形成容納和保護電池芯的框架。當然,最主要的莫過于能夠減少整備質量和堆疊公差。據報道,空的金屬電池外殼使汽車質量增加了110-160公斤,在電池組裝載之前,已經是電池電動汽車上最重的部件。
另一個問題是,電池外殼由多組件裝配。當每個組件連接到前一個組件時,整個組件所占用的空間是累加的(即,它越來越高/越來越厚)。由于電池中的不同組件可能由不同的供應商設計和生產(更不要說整車了),如果一不注意忽略了總的包裝空間,那么像電池組這樣的復雜系統到達裝配線時需要的空間可能超過汽車工程師所能容納的空間。對于金屬來說,將電池外殼做成復雜的形狀更具挑戰性,成本也更高,這意味著它們必須以更多的件數生產,占用更多的空間。然而,由于復合材料外殼高設計自由度和良好的零件整合性,它們可以被設計成更有效的形狀,需要更少的空間。
還有就是金屬的沖擊性能差。這可能會影響到電池托盤(位于冷卻系統安裝位置)的耐久性,因為它經常被輪胎踢起的道路碎片擊中。當試圖對新車進行安全認證時,它也會使通過側面和偏置障礙物沖擊測試更具挑戰性。腐蝕是一個金屬眾所周知的問題,但不太明顯的是,由于金屬具有導熱性,在正常的充電/放電操作以及熱失控事件中,金屬可以從模塊內部傳遞熱量。金屬還可以將外部熱量傳導到電池組中,使其更難保持在理想范圍內運行。由于目前大多數電池模塊都被封裝在乘客艙下,因此需要努力防止金屬外殼將熱量或火焰傳導到汽車內部,以便在電池組嚴重損壞時,有足夠的時間讓乘客離開(或由救援人員幫助離開)。因此,今天的電池外殼必須通過越來越具有挑戰性的火焰測試,在高溫和高壓下保持相當長的時間。
不論在哪一個領域,復合材料電池外殼與金屬相比都具有可量化的優勢:質量更輕,設計自由度更高,空間效率更高,組裝速度更快,無腐蝕,更耐用,以及在特定配方下,更好的阻燃性/防火性。與基準的金屬設計相比,這種優越的性能也可以不影響成本,甚至進一步降低成本。
然而,任何一種材料都有其挑戰性。雖然隔熱是一個好處,但電絕緣是業界一直在攻克的難題。需要確保電池組受到附近和車載電信號源的保護,而且電池模塊不會產生影響其他車載電子設備正常運行的信號,包括高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS)。