第十一章：金属在电池设计中的应用

我们将从电池外壳中使用的不同类型的材料开始。模块和电池组外壳可以由塑料、钢、铝、玻璃纤维或复合材料设计。在几乎所有情况下，这些材料的组合将用于ESS设计。

首先，我们将回顾冲压钢外壳的使用情况。钢材具有许多优点，包括高强度和相对较低的成本。然而，钢制外壳的使用通常还必须包括一些焊接或其他安装附件，并且可能需要添加安装结构并提供强度。这就增加了加工的时间材料也增加了成本。现在有几家公司正在研究提高钢的强度、减轻钢的重量和质量的方法，以使其在与低重量铝的应用相比更具竞争力。纳米钢公司就是这样一家公司，他们提供先进的钢铁解决方案，开始实现与铝相似的重量，但仍然保持钢的高强度（纳米钢，2014）。

铝外壳可以是冲压或压铸的方法。铝提供比钢更轻的重量，但可能需要额外的材料厚度，以满足强度要求，特别是在冲压件。另一种可以与铝一起使用的方法是以压铸的形式。这可以通过高压压铸（HPDC），提供最好的强度，孔隙率和表面质量，但可能是非常昂贵的工具。砂型铸造往往成本较低，但零件质量往往很低，可能需要额外的精加工步骤。石膏铸造提供了两全其美，相对较低的工具成本和提供的完成几乎一样好的HPDC方法。石膏浇铸的最大挑战是流体的孔隙度，这可能会在最终产品中产生弱点。这使得石膏浇铸，至少对于大型零件来说，作为原型解决方案是最有益的。

HPDC铝提供的好处是能够设计一个具有许多功能集成到铸件本身的部件，从安装功能到气流通道，到结构肋和支撑。再加上其重量轻，使其成为许多锂离

子电池解决方案的理想解决方案。如果系统设计是基于一种或多种这些类型的金属，那么评估涂层的需求也很重要。有几个原因，你可能想要使用涂层，甚至几种类型的涂层。添加涂层的一个原因是为了防止电子设备和电池单元的接地和短路，换句话说，就是给电池系统增加一个隔离功能。这可能在几种材料和类型中有一种可用。一种常见的用法是使用一面有粘合剂的隔离膜。然后可以将其直接安装到金属上，以提供所需的隔离级别。涂层的另一种方法是提供液体涂层或粉末涂层。这两种方法更多的是为了提供环保而不是隔离。

在使用金属外壳时，必须对设计进行强度评估。通常需要在外壳中加入结构加固。这可以采用螺栓固定或焊接到板上的额外金属部件的形式，或者对于铸造外壳，可以采用在设计中添加肋的形式。应该通过有限元分析、结构、冲击和振动管理来确定应该添加哪些以及增加多少钢筋。

当不同的材料一起使用时，必须特别小心，因为一些不同的金属，当一起使用时，会产生不必要的化学反应，导致其中一种金属腐蚀。这被称为电偶腐蚀，在电气领域尤为重要因为它是电荷的结果，并且随着时间的推移，金属会腐蚀，从而导致长期的可靠性问题。