新能源汽车动力电池，因自身重量缺陷和单位体积内的包含的能量需求矛盾，在整车零件子系统中，轻量化需求显得很迫切。在保证电池功能安全前提下，占电池系统重量20~30%的结构件中，主要结构件托盘的减重，就成为主要改进目标之一。

  从材料综合指标评估来看，铝合金材质，首先能满足车辆零部件包括电池系统结构需求，仍然是替代部分钢结构的首选材料。但是，高强钢板自身也在走轻量化技术道路，和铝合金材质选用一直是胶着前行。

  铝合金成本偏高，但是，铝合金优异的可加工性、低密度（铝合金的密度为2.7g/cm）抵抗腐蚀能力、高可回收循环利用等特性，优势显著，仍然是实现电动化的新能源汽车轻量化进程的重要标志。

  基于铝产业高能耗以及对环境影响特点、供应链健康状态，为保障铝能在车辆上，可持续性应用和发展。Audio于2018年10月12日获得ASI认证。

  负责采购和IT委员会成员AUBernd Marten说:“奥迪很看重材料的可持续性价值和材料管理”。AUBernd 表示，电池铝壳体（托盘）作为电动奥迪e-tron的主要部件，奥迪将逐步在其全球工厂对尽可能多的铝部件进行开发、采购和生产的全部过程的管理审核。此外，奥迪打算通过获得ASI认证的合作伙伴及其各自上游供应链上的供应商，来确保长期的铝材料可持续性供应。

  ·通过促进和促使所有利益相关方代表的参与，使我们的工作和决策过程更具有包容性。

  ·推进铝的生命周期中的材料管理，以确保在铝的开采、生产、使用和回收同承担相应的责任。 (摘自中国铝业网)

  早期的Tesla 车型产品,应该是轻量化应用的激进者，在早期的Model S上,从车身到电池系统结构, 铝材料占比是很大的。因为，Model S 当时的花钱的那群人定位，是针对豪华客户。

  下图是各种金属材料，在全球知名整车产品应用中，所占的比例。黄色部分代表铝的应用状态。

  铝作为轻量化特性应用，根本原因是，符合和顺应了产品的节能、环保、轻量化发展趋势。

  Tesla不全是技术的疯狂者，考虑成本因素，调整铝用量，也是合理的技术行为。在Model 3设计中，设计思路一改前期的“激进”“豪华”，车身架构采用钢铝混合金属材质，降低了铝的应用占比。

  就连名噪远播的大众MEB平台的设计者们，也表明要首选低成本的钢板，并且说，新能源车辆不单单是“富有阶层的时尚”。

  其实，一种材料不可能完全替代另外一种材料。任何一种材料，不管是从成本角度、性能角度，都是各有所长，并行发展的。只能说，一种材料，在某一方面，能更好的符合技术或市场发展需要而已。

  铝材料在新能源的应用，主体还是轻量化需求、节能需求。目前，以40KWh的电池系统为例,如果采用钢材结构,其成本能控制在1千元以内；如果采用铝型材拼焊壳体结构,在3~5千元之间。成本比例，铝合金仍然是钢板材质的3~5倍。

  铝在新能源的推广应用中，成本因素，仍然是一只拦路虎。但是，不妨碍技术的进步和发展。在现阶段，钢、铝特性差异，带来的设计差异有哪些呢？

  钢、铝材质在强度、抗疲劳、弹性模量、抗拉、抗压、抗剪、抗弯等特性参数方面，有着很大的差异。采用金属合金技术，确实在某些方面，例如强度特性方面，较纯铝，获得非常显著的提升。但是，单一特性的强化，并不意味着本质特性转移和完全变化。

  所以说，在结构设计中，尽管功能是完全相同的零件，铝合金结构也不能等同于钢结构设计。列举几个维度，加以阐述。

  长期以来，国内新能源车辆并非正向设计。车身结构或平台，都是从燃油车过渡而来。车身结构，并没有做太多适应性改动和设计，这样一个时间段的设计，电池托盘与车身固定位置和形式，也只能顺势而为。

  但是，随着新能源市场放大和普及，电池系统的功能安全慢慢的被重视，这种结构设计，不足以满足新的功能需求。

  对于前期生产的新能源产品，在客户使用的过程中，产品吊耳开裂、IP失效、内部模组结构失效带来电性能失效等等故障，托盘吊耳位置结构设计的不合理，都是直接或间接的根本原因之一。

  电池本体的密度非常高，做为承载电池模组的电池托盘或壳体，一直是处在重载荷状态之中。铝的疲劳性能只有钢的一半；铝的弹性模量仅有钢的三分之一。

  如果托盘吊耳承载超限，或不同吊耳受力差值大、不均匀，面对车辆复杂的路况，动态性能更恶劣。铝材质在高振动、高应力集中状态下，更容易出现疲劳状态，导致开裂、变形。

  所以说，托盘在吊耳位置、内框架梁结构，出现开裂等故障现象，甚至模组固定点脱落现象，也就不足为奇了。

  如下图Audi e-tron铝托盘案例所示，不仅固定点数量多，而且布置均匀。

  如果做到电池模组和承载的托盘浑然一体，不是一件容易的事。首先经得起振动实验的考验，也是检验设计结果的最好办法。

  在实验进行中，经常会碰到内框架与托盘焊接的开裂、内框架支撑梁体开裂。开裂原因初步分析：

  从结构角度，开裂的支撑梁是否和内框架结构是一个整体。整体结构，更加有助于应力分散和应力均匀、振动频率一致 。

  Audi的电池托盘设计，就是很好的案例。黄色箭头是受力的状态，内部通过均匀的框架，让应力得到合理的释放，同时与外部框架吊耳孔对应，让内外结构浑然一体。同时，也能抵御来自外部碰撞的破坏。

  如下图所示，两侧外框架A，是电池系统Z向矢量的第一承载者；前后外框架B,主要承载来自X向的矢量载荷。所以说，关系到托盘吊耳位置或结构设计，就一定要考虑这个因素。

  同时，铝的弹性模量比钢差，这个特性也是很重要的，关系到结构的材质的疲劳或寿命。

  车用铝合金应用最重要的包含5×××系（Al-Mg系）6×××系（Al-Mg-Si系）等等。据了解，铝托盘主要是采用6系铝型材（材质的应用，还需进一步分析和摸索）。

  对于铝电池托盘，因为其重量轻，熔点低特点，一般有几种形式：压铸铝托盘、挤压铝合金框架和铝板拼焊托盘（壳体）、模压上盖。

  更多结构特征是一次压铸成型，更多减少了托盘结构焊接带来的材料烧损和强度问题，整体强度特性更好。

  这种结构的托盘，框架结构特点不明显，但是，整体强度能够完全满足电池承截要求。常见于小能量电池系统结构。如下图的Audi A3压铸托盘。

  这种结构比较多见。也是比较灵活的一种结构。通过不同铝型材的拼焊、加工，能够完全满足各种能量大小的需求。同时，易于修改设计，易于调整所用材料。从成本的角度，我觉得，较压铸铝托盘，占有一定的优势。当然了，随着量产数量的不同，这种成本优势是不是真的存在，也不一定。

  在前期 “三+6”一文中，曾经详细作过描述。框架结构更加有助于轻量化，更利于不同结构的强度保证。

  对于铝电池托盘结构及形式，也沿袭了框架结构设计形式：外框体主要完成电池总系统的承载功能；内框体主要完成对模组、水冷板等子模块的承载功能；在内外框体的中间防护面，主要完成电池组与外界的隔离、防护，例如，沙砾冲击、防水、隔热等等。

  铝作为车辆轻量化的重要材料，必须立足全球市场，长期关注其可持续性发展。同时，也要正确看待钢、铝在车辆应用中的成本因素和技术进步的区别。

  铝在设计中的正确应用，需要对材质特性的更深的理解。特别是针对重载荷的电池托盘应用，还要一直摸索，做到心中有数，不间断地积累应用经验，才能在轻量化的应用中游刃有余，慢慢的提升。