当前位置:

首页> 创业通> 找项目> 创业项目> 详情

碳纤维/玻璃纤维复合材料新能源汽车电池壳

天使轮融资轮次

  • 融资项目介绍

我国已全面确立了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。在碳中和背景下,交通领域降低碳排放主要依靠公路运输的汽车电动化,新能源汽车将迎来广阔的增长空间。

新能源汽车行业从经济学角度是指从事新能源汽车生产与应用的行业。新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车,被认为能减少空气污染和缓解能源短缺。在当今提倡全球环保的前提下,新能源汽车产业必将成为未来汽车产业发展的导向与目标。

在传统燃油车时代,由于掌握汽车的核心零部件(如发动机、变速箱、底盘),整车企业对产业链上下游拥有绝对的话语权。步入新能源汽车时代,由于核心竞争力由传统动力总成系统转向三电系统与智能网联系统,汽车行业的知识体系由过去机械体系转向电化学体系与通信体系,传统整车企业不再拥有绝对话语权,整个汽车产业的话语权逐渐向三电系统与智能网联系统的核心供应商倾斜,渐成三足鼎立的局面。

电池包作为新能源汽车的核心部件,在汽车续航里程上起着至关重要的作用。

动力电池系统是电动车的核心驱动力。它由电池模块,电气系统,热管理系统,电池管理系统,壳体等零件组成。壳体的主要作用是承载和保护电池模块,需要满足强度,刚度,碰撞安全等机械要求。

      

一般认为纯电动汽车重量降低10%,续航里程便可增加约6%。电池包系统重量占整车20%以上,成本占整车高达30%-60%,新能源汽车较传统汽车更需要轻量化。在动力电池系统中,电池壳占系统总重量约 20-30%,是主要结构件,因此在保证电池系统功能安全和车辆整体安全的前提下,电池壳的轻量化已经成为电池系统主要改进目标之一。电池壳轻量化技术包括新材料,新工艺和新设计(壳体和热管理系统集成,车身集成设计)。

电池箱发展趋势

目前市场上钢板,铝板,挤压铝,压铸铝,玻纤复材,SMC复材,碳纤复材都有应用。

1、钢制壳体

Nissan Leaf采用钢制壳体,主要工艺是钢板冲压和点焊连接。钢制壳体能够提供高强度和刚度,工艺简单,是车身制造领域最传统最成熟的工艺。

2、铝制壳体

(1)铝板+压铸铝

铸铝的电池托盘箱体一体性较好,避免了钢制或挤出型材的焊接、密封、漏水、腐蚀等问题。混动版 Cadillac CT6和 Audi Q7 e-tron均采用了铝合金壳体。两个车型的电池下壳体采用压铸铝合金,上壳体(盖 板)采用铝板冲压件。铝合金压铸下壳体采用一次成型工艺,工艺简单,能够提供较好的强度、刚度和密封性能。铝合金上壳体主要起密封作用,采用铝板冲压件降低重量。受压铸机设备吨位限制,铝压铸壳体尺寸较小,一般常用于混动车型动力电池系统。

(2)铝板+挤压铝

铝合金框架和铝板结构电池壳结构设计灵活,减重明显且工艺较成熟,挤压铝的框架能够提供高刚度和高强度,铝板冲压件密封。特斯拉Model S,蔚来 ES8、大众 MEB等项目电池壳均采用了铝合金框架和铝板结构。

3 混材

(1)钢铝混合

特斯拉Model3电池上盖是0.8毫米的钢板,地板是3.2毫米的铝板。

(2) 塑料+铝板

世界最大电动车厂商比亚迪使用了上板塑和下板铝作为电池壳体,以提升电池包的能量密度,增加了续航能力。以其秦Pro EV500为例,相比上一代秦EV车型,电池包减重157kg,系统能量密度提升至1609Whkg。据比亚迪官方数据,秦Pro EV500的工况续航里程420公里,最大续航里程达500公里。

吉利帝豪EV450和广汽传祺GE3 530等车型,采用的就是上壳体SMC轻量化材料,以及下壳体高强度铝来进行封装。后者电池系统能量密度为160Whkg,已经处在主流水平。

1.4.4 碳纤维复材

蔚来ES6的碳纤维增强型复材(CFRP)电池外壳比传统的铝或钢制电池外壳轻40%,具有高刚性,而且比铝的热导率低200倍。但是成本相对较高,普通车型不易接受。

1.4.5其他材料

电池壳可以考虑用热成形钢做电池壳体,在碰撞中需避免电池包的侵入及避免着火爆炸等风险。但目前还未见有在汽车上大批量应用。

电池壳还可以采用泡沫铝等材质来制造,但目前还未见有在汽车上大批量应用。

1.5现有产品存在痛点问题

目前,电池箱体仍以钢制箱体、铝制箱体为主,通过前面的介绍,金属材质的电池箱主要存在以下问题:重量偏大、易变形、资金投入大、工艺复杂、易腐蚀、易漏电等缺点

为了解决这些痛点问题,我们开发了复合材料电池箱改进方案。

  • 项目商业计划书

轻量化意义

随着世界能源危机和环境污染问题日益严重,汽车轻量化越来越受到人们的重视。轻量化对汽车节能减排的效果直接而显著,试验证明,对于传统燃油汽车,汽车整备质量每减轻10%,可降低油耗8~10%,排放下降3%4%;对于新能源纯电动汽车,汽车整备质量每减少10%,电耗下降5%,续航里程增加6%。同时汽车质量的降低可减小汽车制动距离,提高安全性能。所以,无论是对传统燃油汽车,还是对新能源汽车,汽车轻量化研究均具有重要意义。

轻量化并非简单地将整备质量减轻,而是在保证强度和安全性能的前提下尽可能地降低整备质量并保证制造成本在合理范围内,以实现安全性和经济性的兼顾统一。电池包箱体作为动力电池的承载和防护机构,在电池包系统中占据重要位置,而且其整备质量目前偏大,具有较大的轻量化空间,同时政策对于电池包能量密度的要求逐步提高,使得电池包箱体轻量化发展具有很强的紧迫性。

针对轻量化过程中引入的新材料和新结构连接需求,本文对电池包箱体轻量化提出了一种新的解决方案,旨在对轻量化设计和制造提供有益借鉴。

本项目是通过对先进复合材料在电池箱的应用研究,研制出轻量化、集成化的复材箱体并实现批量生产,减轻汽车电池包重量,提高电池包能量密度、提高新能源汽车续航里程,以推动低碳环保、节能减排等全球关注的资源与环境问题,促进新能源汽车技术的进步。

新能源汽车轻量化必要性

对于新能源汽车,轻量化有更为重要的意义。

方案概述

传统电池包箱体一般采用低碳钢钣金和焊接工艺加工而成,成本较低但箱体质量较大,严重影响电池包系统能量密度的提高和新能源汽车的轻量化,不符合发展趋势,需要进行轻量化改进。目前针对电池包箱体轻量化的主要手段为轻量化材料应用和轻量化结构设计。

电池箱上盖性能要求较低,主要起到密封,防护的作用。本方案采用的是轻量化材料应用,采用玻纤SMC+玻纤预浸料+玻纤毡3种状态的纤维混合铺层而成,采用混合铺层PCM模压快速成型工艺,生产节拍达到5分钟/件。截止目前为止,较为先进的复合材料电池箱上盖有连续玻纤PCM工艺和SMC模压工艺,而我司技术目前应该是电池箱上盖的最佳选择。该技术较连续玻纤PCM工艺:①降低产品成本;1400连续玻纤预浸料和1玻纤SMC片料每平米的成本相当,采用本方案省掉1200连续玻纤预浸料的成本;②提高铺层效率,玻纤SMC片料对铺层的要求相对较低,连续玻纤预浸料对铺层的要求较高,单纯1玻纤SMC片料的替换可以节省铺层工时,减少了1层连续玻纤预浸料的同时又节省1层的铺层工时。较不饱和SMC片料模压工艺,重量又减少30%以上。

电池箱下箱体性能要求较高,结构复杂,还有很多安装点和加强筋,单纯采用连续纤维很难实现且制造成本较高。本方案也是采用多种材料复合,采用玻纤SMC+碳纤预浸料+玻纤预浸料+金属4种材料复合而成,制作成预成形体,采用PCM模压快速成型工艺,生产节拍达到5~10分钟/件。结构中各类加强筋和安装点通过SMC片料成型出来,并预埋螺母,一体成型出来。单纯SMC片料强度不够,需结合玻纤预浸料来提升整体强度和刚性,并在局部位置使用少量碳纤维来加强局部性能。冲击强度要求高的区域使用金属板来确保冲击性能。

2.4选材 

2.4.1玻纤环氧SMC片料

可回收环氧玻纤SMC是采用可回收环保阻燃环氧树脂浸润短切玻璃纤维制备的可回收环保低密度阻燃环氧片状模塑料,适用于汽车和高铁的轻量化复合材料次承力结构部件和装饰部件,能够实现低成本、批量化生产。

GS-50LF具有低密度、快速成型特性,140 ~ 150℃条件 5 ~ 10min即可模压成型复合材料部件;玻璃化转变温度 120 ~ 130℃;制备环氧片状模塑料复合材料力学性能良好,部件可实现回收再利用;无 VOC 排放,具有环保阻燃、低烟、低毒、特性。

连续玻纤预浸料

GFP-400F是采用可降解阻燃环氧树脂浸润玻璃纤维布制备的可回收环保阻燃快速成型玻璃纤维布预浸料。GFP-400F可用于汽车和高铁的复合材料次承力结构部件和装饰部件的生产制造,能够实现低成本、批量化生产。

GFP-400F具有快速成型特性,在140 ~ 150℃条件下,5 ~ 10min即可模压成型复合材料部件;低VOC;具有环保阻燃、低烟、低毒特性;制备的复合材料力学性能良好,部件可实现回收再利用。

设计方案

由于本产品原有金属结构配合关系及安装关系基本已固定,故本产品的安装硬点继承原有结构。考虑产品脱模问题,调整产品结构,设计拔模角3°以上。

根据现有成熟复合材料电池箱盖结构,连续玻纤预浸料方案主体厚度为0.9mm,本方案采用玻纤SMC片料+连续玻纤预浸料方案,上盖主体厚度设计为1.1mm;翻边区域考虑到连接和密封需达到一定的刚度,设计厚度为2.5mm

下箱体以玻纤SMC和玻纤预浸料为主,金属为辅,适当使用碳纤预浸料,内部横纵梁和翻边下侧均为SMC结构模压,主体厚度3mm以上,可根据受力分析,利用SMC材料的优势局部加厚,实现安装和加强筋结构,在外表面设计1.6mm玻纤预浸料铺层,提升整体性能。在底部和侧面碰撞区域使用金属板补强。

采用此种结构形式的电池箱具有以下优势:

轻量化:降低电池能耗,减重约35%以上。

低成本:省去冲压、焊装和电泳工艺设备的巨额投资。

模块化:多零件结构和功能集成化、可快速制造、减少多套模具开发、可批量化生产。

增性能:耐腐蚀、提高密封性、增加续航里程。

主要工艺过程描述:

步骤一:提前将压机上的模具预热至150±5℃。

步骤二:玻纤SMC片料、连续玻纤预浸料按下料展开图下料,使用2.5m长的自动下料机进行下料。法兰边区域下料宽度比产品实际宽5~10mm

步骤三:在铺层模具上(阳模)依次铺贴步骤中裁切好的玻纤SMC片料、连续玻纤预浸料,SMC片料在棱角处需搭接10~20mm,法兰边区域铺层对接区域错开100~150mm,避免在同一区域影响产品性能。

步骤四:在4个棱边处继续铺贴宽度为30~50mm的连续玻纤预浸料补强片,保证铺层强度。

步骤五:在已加热的阳模、阴模上喷涂CLE-705脱模剂2~3遍。

步骤六:将铺贴好的预成型坯取下来放到步骤五中的模具上,合模加压到3~15MPa,保温4~6min

步骤七:将固化后的产品取下放在夹具上夹紧。

步骤八:采用6轴机械手进行钻孔、切边。

步骤九:对产品进行打磨喷漆等后处理。

生产节拍(成型各阶段)(22小时工作制)

1套模具按照流水线连续生产,生产节拍约6min,单套模具一天22h生产效率约220件产品。一年按280天计算可生产约60000,根据产能需求匹配相应数量模具

2.7竞争情况

目前市场上电池箱上盖仍以钢制电池箱和铝制电池箱生产企业为主,也有部分供应商采用SMC模压方案和连续玻纤模压方案,暂未形成复合材料细分领域的成熟供应商,在该领域属于空白。我司方案结合两种工艺优势,在技术成熟,满足成本及生产效率的前提下,迅速进入电池箱供应商体系。

目前下箱体市场只有钢和铝的方案,还没有复合材料方案成熟应用,下箱体的应用前景很好,采用复合方案具有明显的优势。

目前为止没有复材下箱体成熟应用,大家都处于研发当中,而我们借助FAR公司技术和上盖成熟应用的技术基础,处在复材下箱体研发的前沿,目前已经通过理论分析认证,可以率先研发出复合材料的下箱体。我司在下箱体上的研发优势如下:

(1) 成熟经验:复合材料PCM电池箱上盖起步于2019年,到目前已成熟应用并成为上盖最先进的工艺之一,再往前的技术主要是SMC模压工艺,减重效果没有PCM工艺明显。在电池箱领域我司曾开发多款商用车的下箱体和先进的PCM上盖产品,可将该开发经验借鉴到乘用车的下箱体上,并依托FAR的碳、铝粘接技术,将多种材质应用箱体的轻量化上,更好的发挥各种材质的优势。

(2) 成熟工艺:采用成熟的复合材料模压工艺和SMC模压工艺,将两种工艺结合,发挥各自的优势,可以制造出更复杂的下箱体结构,满足电池模组的安装需求,同时还能保证下箱体的性能。另外,传统复合材料铺贴工时较长,无法满足批量生产需求,我司通过对上盖的批量应用,已从结构设计、材料选型、工装应用、工艺改进等方面解决了铺层效率和成型效率的问题,实现批量生产节拍。

(3) 性能优势:多数复合材料企业采用碳纤维复合材料的技术方案,虽然性能很好,但成本非常高,很难达到客户对成本的需求,不能作为批量应用的方案或无法应用到低端车型上,产业化价值较低。我司通过产品设计优化和对材料进行甄选,并与材料厂商合作开发专门用于电池箱产品的原材料,以玻纤复合材料为主体,碳纤、金属作为辅助材料,从而保证产品性能和功能,还能极大的降低产品成本,满足客户需求。

(4) 价格优势:由于各家金属电池箱的产量和工艺不同,目前部分复材电池箱的价格会低于铝合金,多数还是会与金属的价格持平或者高出15~20%左右,此价格从减重带来的效果来看,客户是相对容易接受的,如果高于50%以上,客户很难接受。某铝合金电池箱总成在100kg,以减重35%为例,复材电池箱约为65kg,提升电池能量密度约11%,可以增加整车续航13km或者降低1.4kwh的电池容量,或者多装35kg的电池模组再提高整车续航(估算数据)。

项目总结

此项目已与多家主机达成厂意向合作,分别是奇瑞、小鹏、蔚来、CATL、宇通等,期待尽快实现批量化生产。

从技术可行性、全球市场规模、客户需求,设计创新以及车辆的实车验证等方面,我们坚信碳纤维复合材料是新能源车发展的重要方向,未来也将得到广泛的应用。

公司瞄准万亿级的新能源汽车与碳纤维复合材料市场,我们立志成为该领域的先行者,将大力推动碳纤维材料的工业化规模应用为行业提供综合的创新技术解决方案。

4.1投资规划

4.1.1厂房基础设施

购置厂房20000;也可以与政府合作,通过政府协调现有闲置厂房免租金使用。后期资金投入主要为设备等固定资产。

4.1.2电池壳体生产线建设与投资预算

产线分为四期投资,总投资额2.7亿元,全部为固定资产(不含流动资金及厂房:考虑政府提供现有闲置厂房免租或租赁);

一期投资12129万元,固定资产投资7129万元,流动资金5000万元(考虑股东方3000万元,剩余银行融资);

二期投资9074万元,固定资产投资3574万元(由当年产生的净利润支出,流动资金5500万元(考虑银行融资);

三期投资17986万元,固定资产投资6986万元(由当年产生的净利润+银行融资,流动资金11000万元(考虑股权释放);

四期投资29388万元,固定资产投资9388万元(由当年产生的净利润支出,流动资金20000万元(考虑银行融资)。

4.2经济效益分析

4.2.1五年市场预测

未来五年目标客户市场主要为奇瑞新能源、奇瑞瑞露、小鹏汽车、蔚来汽车、宁德时代、比亚迪及宇通汽车。先期主要以奇瑞市场打开销路,把产品做实做精积累经验,奠定良好的客户口碑;后续不断进入中端市场,通过中端市场迅速提升规模。

4.2.2五年经济效益预测

通过现有复合材料市场的批量应用,未来5年公司规模将进入快速增长阶段,预计到2026年底营收规模达到10.73亿元。5年累计营收27.76亿元,累计利润1.75亿元,累计税金1.57亿元。

4.4市场前景

本项目涵盖新能源汽车电池箱体的开发和制造,属汽车行业配套零部件产品,符合(中国制造2025)国家产业政策。

汽车零部件轻量化:预计2025 年我国乘用车销量可达 3000 万辆,乘用车的轻量化市场规模将达到3807.5 亿元,到2035年乘用车销量达6000万辆,乘用车的轻量化市场规模将达到7615亿元。

电池箱体市场规模:预计在2025年将有650万辆新能源汽车,其中配套上箱体与下箱体将有200亿市场规模(电池箱按3000元/套,到2030年将有1600万辆新能源汽车,其中整包达到12000亿产值,配套上下箱体将有480亿市场规模。公司未来5~10年力争做到10%的市场占有率

本项目附加值高,目前在高速发展期,前景无限。此项目建成后同时可安排当地劳动力就业,增加地方财政收入,带动周边其他产业发展,具有良好的经济效益和社会效益。

该项目建设投产后,提高了公司经济效益,扩大了产业规模,并且进一步推动了公司汽车产业转型升级向多元化、精细化发展。

  • 团队介绍

项目团队介绍

 

刘毅,毕业安徽师范大学,常务副总。曾就职于奇瑞汽车、联合卡车、奇瑞科技、芜湖造船厂,有20年乘用车、重卡、零部件、军工等企业产品制造及经营管理经验。在碳纤维复合材料的市场开拓和企业经营管理方面有着较好的资源和经验,立志打造碳纤维复合材料在中国市场的冠军企业。

 

崔国新,技术总监,毕业于山东大学,获得工程师、PMP项目管理证书。曾就职于哈飞飞机、长城汽车、精功复材等知名企业,参与Z9、Y12F飞机、H1、H4车身项目开发工作。主导完成30余个复合材料项目开发工作,具有丰富的复合材料设计开发应用经验。

 

王天黎、财务总监,高级会计师,外企高管及上市公司任职,擅长财务管理,税务管理,投融资管理。曾任职美国惠尔蒙家具集团财务负责人;大洋电机子公司财务负责人;奇瑞汽车股份有限公司;奇瑞科技有限公司外派财务总监;亚格盛新材料公司财务总监。

 

 

吕锦辉,外贸经理,毕业于江苏大学经贸英语专业,曾就职于信义玻璃浮法系统负责东南亚市场推广业务。具有多年国际贸易市场从业经验,敏锐的市场嗅觉。

 

张吟秋,项目助理,毕业于安徽工程大学外国语学院,负责项目信息材料整理。

 


联系我们
  • 服务热线:4006-0531-77       双创服务平台建设与运营咨询:0531-88873003
  • 技术支持:0531-88873113    邮箱:zhenghe@zhenghe.cn
  • 注册地址:山东省济南市高新区汉峪金谷A3区5号楼17层
  • 公司地址:山东省济南市高新区汉峪金谷A3区5号楼17层