刘清:采用先进高强铝材的第二代铝电池外壳解决方案

  2022年3月25-27日,2022中国电动汽车百人会论坛在线上举办。本届论坛主题为“迎接新能源汽车市场化发展新阶段”,邀请政府有关部门和汽车、能源、交通、城市、通讯等领域的行业机构和领先企业代表,就涉及新能源汽车市场化发展新阶段政策调整、碳中和目标下国际合作与政策协同、市场与消费新方向、交通能源基础设施协同发展、商用车可持续发展、氢能产业多场景应用、下一代动力电池产业化及产业投资与创新等方面展开深度研讨。其中,在3月27日举办的“动力电池论坛:下一代电池产业化之路”主题论坛上,诺贝丽斯(Novelis)中国区董事总经理、诺贝丽斯亚洲汽车业务副总裁刘清发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  大家早上好,我是刘清,诺贝丽斯中国董事总经理兼诺贝丽斯亚洲副总裁,负责汽车业务。今天我讲演的题目是采用先进高强铝材的第二代铝电池外壳解决方案。
  在我今天的讲解内容里边,我会分三个内容,分别和大家简单介绍一下诺贝丽斯与低碳化,电池壳的新的第二代解决技术,以及诺贝丽斯全球领先的铝闭路循环的实践。
  首先我想跟大家分享一下,诺贝丽斯与低碳化。
  诺贝丽斯是一个在全球做铝压延产品的领先企业,从规模来讲我们是全球最大的铝压延生产商,同时也是最大的铝循环利用者。我们的33个工厂15000名员工,分布于9个国家和地区。
  诺贝丽斯四大业务板块包括饮料包装、汽车、航空航天和特殊合金产品。在饮料包装、汽车和航空航天以及特殊产品的四个细分市场里边,包含了很多我们的全球的客户,在汽车板块里边,基本上全球主要的汽车主机厂都是目前诺贝丽斯的客户,分布在亚洲、欧洲和北美全球各地。诺贝丽斯的运营涵盖欧洲、北美、南美以及亚洲包括中国和韩国不同的国家和地区。
  诺贝丽斯的汽车业务在世界上分布于欧洲、亚洲和美国三大地区为主,我们是全球最大的汽车铝板生产商,在过去的40年里边,在铝代钢实现汽车轻量化的领域,积累了丰富的设计、制作和服务的经验。同时,诺贝丽斯在过去三年,在全球的产能增长了将近3倍,特别是在中国和北美,增长至原来的6倍。诺贝丽斯不单单是全球最大的铝板材生产商,也是低碳的践行者,同时也是全球最大的汽车铝板的闭路循环使用者。
  诺贝丽斯在中国经历了飞速发展的10年,到今天为止,除了在江苏常州的生产基地以外,我们也在上海建立起了诺贝丽斯在中国的汽车铝板的研发中心和客户解决方案中心,从而能够为汽车主机厂提供先期的、前期的设计和材料选用的相关支持和服务,从而能够本地化我们研发和客户解决方案的中心,携手国内外客户,开拓创新的铝材,在汽车白车身覆盖件以及电池包里边的应用。
  从铝在汽车白车身覆盖件里边的应用,中国经历了一个快速发展的10年,在过去的10年里面,这一类的应用从无到有,在中国的汽车主机厂得到了广泛的认同和大量的使用。那么从我们所知道的,目前在中国使用的铝材的一些汽车主机厂的车型里边,目前总数已接近100个车型开始使用或已经使用铝板材代钢实现轻量化,它也应用于传统的燃油车和新能源汽车里边,从覆盖件和白车身的使用大家已经耳熟能详,比如说从汽车的覆盖件来讲,我们的发罩、四门两盖广泛的得到了很多汽车主机厂的采用,同时从白车身来讲,我们在用于这种结构,同时在汽车白车身的使用里边,我们使用铝板材代替钢材,使用于对结构强度有要求的这种材料,使用专门的6000系热处理系的和7000系航空航天级别的铝合金,使用于这些部件,那么从整个的覆盖件和白车身,确实从铝板材的使用得到了广泛的应用。同时在整个白车身覆盖件的使用里边,铝材的使用里边,对铝材的需求是不一样的,有一些部件是需要对包边有很好的材料的性能,同时比如说发罩,我们需要考虑行人保护,对有一些结构件、吸能件,我们需要考虑它的碰撞、吸能的参数,对一些B柱之类的高强度件,我们需要铝材很好的使用于我们汽车主机厂所提出的材料性能、规格和要求,对于某一些件,比如说侧围可能对铝材的要求是在深冲方面有特别的要求,同时,所有的铝材在汽车不同的白车身覆盖件里边的应用,在回收方面也有很多的讲究和需要我们特别关注的地方,在接下来的讲解里边,我会给大家做一个简单的,抛砖引玉的介绍。
  好,现在我进入到第二部分,汽车铝板材在第二代电池包里边的使用是怎么样的一个情况,
  这里边包括了我们对标设计以及设计目标的精确、准确的理解,也包括了我们怎么样从CTP,就是从cell to pack,这种概念的理解,从设计上面怎么样能够得到体现。
  那么基于中国市场的型材+板材的可变尺寸电池包设计,这是我们设计创新的第一个亮点,同时集成的冷却板设计,是我们新一代的第二代诺贝丽斯电池包设计的另外一个亮点。从焊装简化来讲,我们新一代的第二代铝材的电池包设计里边,也充分考虑了这一点,从而能够降低汽车主机厂在生产过程当中的隐性成本。那么当然,在上盖板的耐火仿真预测方面我们也做了大量工作,能够帮助汽车主机厂进行相应的材料选择和使用。
  关于对标设计以及设计目标,我们选择了一款在欧洲非常畅销的一个车型,以它作为基准,来做出一个新的用于诺贝丽斯铝材的第二代新的电池包设计和原有的电池包的比较,大家从图标里边可以看到,这个节省是很明显的,我下面分别就这些方面,简单的做一个介绍给大家。
  那么从CTP的这种设计理念来讲,我们从软包电池65Ah到电池包容量提升到106KWh,包括四个大电池组和一个小电池组,整个的一个全新设计,能够更好的满足我们汽车主机厂的要求。
  从设计、创新的亮点来讲,第二代电池包的设计从设计理念、技术创新和高效来讲,都充分实现了铝在帮助汽车轻量化里边应该达到的效果。比如说我们从可变尺寸设计,针对中国市场的型材框架设计的特殊的要求,用铝板材实现了这种功能。在与下底板集成的冷却板上面,我们减少了它的工作量,减少了隐性的制造成本,达到了很好的效果。同时我们也简化了在组装和焊装过程当中,对于各个零部件的要求。同时在右边大家可以看到,我们所进行的模拟耐火的热力学仿真测试,能够克服过去原来传统方法,只能采用小料片进行耐火测试的缺点,从而能够更好的实现安全的设计。
  当然,从结果来看,我们达到的目标来看,我们的容量达到了106KWh,它的重量从过去的100公斤左右,降低到90公斤以内。从成本来讲,也从过去的原有车型的1000欧,降低到了520美金左右,节省是非常明显的。从另外三个指标,续航里程的提升,我们达成了35%的改进,从质量/容量比值提升,也提升到42%以上,从能量密度提升,我们也达到了非常好的45%的效果。
  诺贝丽斯作为一个全球领先的铝板材供应商,我们不光生产铝,我们还生产低碳、绿色、可持续发展的铝。
  为什么能够做到这一点呢?我们做的铝和别人有什么不一样呢?大家可以从本图表的左侧看到,传统的铝加工企业,在过去的生产制造过程当中,往往进行单向材料供应链的管理,材料的价值在整个使用过程当中,逐渐损失,它是一种线性的流程。诺贝丽斯做的闭路材料价值链中的循环,实现了材料进行多向流转,实现了废料保级使用,从而使铝材不会被最终废弃掉。那么我们讲的闭路循环系统,在诺贝丽斯的铝板材里边,实现了三环闭路,第一环就是我们在本企业生产铝的过程当中产生的边角废料,实现闭路循环;第二环是在我们和汽车主机厂的配合,在汽车主机厂冲压落料的废料的回收到诺贝丽斯实现闭路循环;第三个闭路循环是当汽车使用年限到达以后,拆解下来的这些铝材,进行第三个环的闭路循环。只有当我们实现了这三环同时并举,我们才能真正充分实现铝材残余价值的最大化利用,从而能够最大化减少我们二氧化碳的排放对环境的影响。
  那么可循环铝材在汽车低碳化中扮演着重要的角色,为什么这么讲呢?我们从四个方面可以看到,首先从铝材原材料的生产过程当中,我们如何增加可再生能源生产出来的原铝比例,同时如何增加我们回收铝的使用比例至关重要。在我们汽车零部件和整车的生产制造过程当中,我们怎么样选择低碳材料,怎么样更好的减少材料的使用,也会显著的减少碳排放。同时,铝材代替钢材,因为实现了轻量化,减重带来燃油效率的提升和排放的减少也是非常明显。同时,非常重要的一点,是在我们使用一个车到了它的年限以后的回收,回收材料的再使用以及用于易于拆解的设计的方案,都会帮助可循环铝材在汽车低碳化中扮演更加重要的角色,实现更大的社会和经济价值。
  从诺贝丽斯本身这过去十来年的发展,大家从这个图表里边可以看到,我们说使用铝材不单单是铝,铝的碳含量、碳排放、碳足迹在目前中国的“3060”碳达峰、碳中和的目标提出来以后,在我们绿色可持续铝材的应用里边,显得更加迫切,更加重要,诺贝丽斯身体力行,在十几年前就开始了这个旅程。大家可以看到,我们在2010年循环铝在整个材料输入端是1/3左右,到了2018和2019年,我们使用的比例已经高达60%左右,而且这个比例还不断的在增长,诺贝丽斯在全球也在不断布局铝循环废料使用的生产产能的扩大,也包括在中国,我们即将在江苏镇江工厂的闭路循环系统的建立,这会进一步助力中国的铝加工行业,特别是汽车主机厂,在使用铝材的过程当中进一步的降低碳排放,实现良好的社会和经济效益。
  从实例来讲,大家可以看到我们第一个实例,是大家的耳熟能详的,诺贝丽斯在北美和福特公司针对猛禽F150这款皮卡车所建立起来的闭路循环系统,这一款车在北美是几十年以来,历年的畅销车,它的用铝量非常多,每一款车将近三四百公斤,诺贝丽斯也和福特公司的工厂在底特律建立了相应的闭路回收系统,实现了90%的废铝回收,达成了很好的节能减排、降碳的效果。
  在欧洲,诺贝丽斯也和尼桑合作了第一款车Rogue,在2021年实现了同样的闭路循环的这么一种模式,那么同传统的使用原铝的铝合金部件相比,使用了闭路循环系统以后,能够更好的让系统性的减少二氧化碳排放得以实现,同时使用更多的闭路循环铝,也可以不更多的依赖于新开采的资源的原材料,从而减少工厂的排放和废物的排放。
  用一句话来概括我们诺贝丽斯的宗旨,从这一页大家可以看到,我们的宗旨是共同打造一个可持续发展的世界。汽车工业和铝加工业的紧密无限的配合,使得我们汽车行业低碳可持续发展,在轻量化的道路上可以走的更好,走的更远。诺贝丽斯作为全球汽车铝板生产的领先者和领头羊,我们有义务、有责任和在座的诸位一起,更好的把铝材更加广泛、更加精准的应用到汽车的各个部件,从而实现更多的减排效益,实现可持续发展,从而能够和大家共同打造一个可持续发展的世界。谢谢大家!
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
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