電気自動車（EV）は、自動車産業の変革において極めて重要な役割を担っています。EVは推進力をバッテリーに依存しているため、バッテリートレイはバッテリーシステムの正常かつ安全な動作を確保する上で極めて重要な役割を果たします。現在、バッテリートレイには、スチール製、ダイキャストアルミニウム製、押出成形アルミニウム製の3種類が一般的です。中でも、押出成形アルミニウム製バッテリートレイが最も高く評価されています。
スチール製トレイと比較して、アルミニウム製トレイは、同じ体積でも密度が低く軽量であるため、エネルギーの節約に貢献するなど、数多くの利点があります。また、アルミニウムは優れた耐腐食性と耐候性を備えているため、過酷な外部環境にも耐えることができます。さらに、優れた加工性と可塑性により、製造コストを効果的に削減できます。ダイカスト製アルミニウムトレイと比較すると、押出成形アルミニウム製トレイは柔軟性が高く、変更や改良が容易です。寸法の多様性と幅広い用途においても、押出成形アルミニウム製トレイはダイカスト製トレイにはない特長を備えています。そのため、押出成形アルミニウム製バッテリートレイは、様々な分野で広く使用されています。
自動車用バッテリートレイの概要
バッテリーパックはEVの中核となるエネルギー源であり、車両全体の駆動力を供給します。バッテリーモジュールのキャリアであるバッテリートレイは、これらのモジュールの安全性と保護に不可欠です。EVバッテリートレイは主に下部トレイと上部カバーで構成されています。バッテリー下部トレイは通常、アルミニウム合金プロファイルで作られた摩擦攪拌接合（FSW）構造を特徴としています。その主要な構造コンポーネントには、底板、フレーム、および取り付けブラケットがあり、溶接が主な接続方法として使用されます。トレイは、外部衝突や圧縮による損傷からバッテリーを保護するために、優れた耐振動性、耐衝撃性、耐圧性を備えているだけでなく、少なくともIP67（GB/T 4208-2017に準拠）の侵入保護等級を満たし、塩水噴霧腐食試験および高温低温衝撃試験の要件も満たす必要があります。
自動車用バッテリートレイの材質
電気自動車（EV）の開発は、環境汚染とエネルギー問題への効果的な対策の一つです。純粋なEVでは、バッテリーパックが車両重量の約30%を占め、バッテリー下部トレイはパック重量の約20～30%を占めます。そのため、下部トレイを軽量かつコスト効率の良い構造設計と製造にすることで、EVのコスト削減と航続距離の延長に効果的に貢献できます。
6XXX系アルミニウム合金は、応力腐食割れを起こしにくく、溶接性にも優れているため、アルミニウム製バッテリートレイに最適です。プロファイルの合理的な構造設計により、構造的な剛性と強度を確保しながら材料使用量を削減できます。コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）シミュレーションと組み合わせることで、キャビティ構造と肉厚を最適化できます。これにより、振動耐性、耐衝撃性、横方向の圧縮耐性などの安全性能を検証でき、安全性を損なうことなく軽量化を実現できます。
アルミニウム製バッテリートレイの構造
アルミニウム製バッテリートレイは、押し出し成形されたアルミニウム形材を溶接で接合して、一体型のフレーム構造を形成します。 板金 プロファイルキャビティのシーリングプレートとして、特定の箇所で使用されます。締結具としては、六角リベットナット、圧入スタッド、M12×1DまたはM8×1.25Dのワイヤねじインサートなどがあります。
アルミニウム製バッテリートレイの主要構成部品は、底板、左右のサイドビーム、前後のサイドビーム、およびモジュール取り付けビームです。4本のサイドビームは、底板との溶接に適した3種類のL字型断面形状を採用しています。2本のモジュール取り付けビームは、底板と前後のサイドビーム間の溶接継ぎ目の上に配置され、バッテリーモジュールの支持面および接続点として機能します。トレイの上部フランジに沿って複数の六角リベットナットが取り付けられ、上部カバーを接続して密閉空間を形成します。ブラケットと圧入スタッドで構成される消火器取り付けベースが、前側ビームの内側に溶接されています。トレイを車両に固定するために、トレイの外側底面に6個のM12×1Dワイヤねじインサートが均等に配置されています。さらに、2本のモジュール取り付けビームそれぞれに6個のM8×1.25Dワイヤねじインサートが取り付けられ、3つのバッテリーモジュールを並列に接続します。
バッテリートレイのプロセスと製造
アルミニウム製バッテリートレイは、主に機械加工されたアルミニウム押出材を溶接して製造されます。構造は底板とフレームから構成されます。底板は通常、摩擦攪拌接合（FSW）を用いて2～4本のアルミニウム押出材を接合して形成されます。フレームは一般的に、MIG（金属不活性ガス）、TIG（タングステン不活性ガス）、またはCMT（冷間金属転送）などの溶接方法を用いて接合された4～6本のアルミニウム形材で構成されます。底板とフレームは、FSW、MIG、TIG、またはCMTを用いて接合され、バッテリートレイアセンブリが形成されます。押出材の断面設計は、CAEシミュレーション結果、押出成形の実現可能性、および選択された接合方法を考慮する必要があります。
溶接変形を最小限に抑えるため、事前に溶接シミュレーション技術を用いて結果を予測し、溶接手順とパラメータを最適化します。寸法精度と組立精度を確保するために、専用の溶接治具や固定具を設計することで、生産コストの削減、サイクルタイムの短縮、効率の向上を実現します。
トレイの品質は、溶接品質検査、三次元測定機（CMM）による寸法精度、気密性試験装置によるシール性能、環境試験室による耐腐食性、振動・衝撃・圧縮試験装置による剛性・強度など、厳格な試験工程によって保証されています。これらの試験を完了することによってのみ、トレイの性能と品質が保証されます。
自動車用バッテリートレイの製造工程
アルミニウム押出材は、個々の部品のおおよその長さに切断されるか、または直接切断されて成形されます。機械加工と研削の後、個々の部品が完成します。アルミニウム製バッテリートレイの全体的な加工工程には、切断、レーザー切断、機械加工、研削、組み立て／仮組み、溶接、気密性試験、プレスリベット留め、ブラインドリベット留め、および接着接合が含まれます。
個別部品加工
すべての個々の部品は CNC加工 寸法公差を満たすため、板金はレーザー切断で加工されます。レーザー切断は高効率で、非精密組立の要件を満たします。プロファイルはCNC鋸切断で加工されます。CNC鋸切断は効率的でコスト効率が高く、ほとんどの用途に十分な精度を備えています。複雑な形状や高精度が求められる箇所には、3軸CNCマシニングセンターが使用されます。個々の部品の品質は、最終的なバッテリートレイの組立精度、寸法公差、平面度、表面仕上げに直接影響します。
アセンブリ
部品間の組み立て精度は、その後の溶接品質に大きく影響し、アルミニウム製バッテリートレイのシーリング要件を満たす上で重要な要素となります。特に、底板のウォーターポートとシーリングブロックの嵌合精度は、冷却チャネルの溶接において決定的な役割を果たします。トレイの気密性は、フロントビーム、リアビーム、サイドビームの組み立てと溶接に依存します。部品間の隙間が大きすぎると溶接が不可能になる場合があり、弱い部分のクランプが不十分だと深刻な熱変形が生じ、寸法に影響を及ぼします。組み立て時には、部品は多機能プラットフォーム上に平らに置かれ、治具で固定され、初期寸法が検査され、最終溶接に備えて仮付け溶接されます。
溶接
組み立て寸法が確認されたら、主要な応力箇所に仮付け溶接を行い、部品を固定し、最終的な本溶接工程での変形を最小限に抑えます。この最終段階は、アルミニウム製バッテリートレイの密閉性を確保する「仕上げ」工程です。溶接箇所に欠陥があると、気密性試験で不合格となる可能性があります。
気密試験
気密性試験は、水路試験とトレイ本体試験の2つの部分に分かれています。水路試験では、クイックコネクト継手を使用して水路を約400 kPaまで加圧します。トレイは水槽に3分間完全に浸されます。連続的に気泡が発生する場合は不合格、気泡が発生しない場合は合格となります。トレイ本体試験では、漏れ検知器を使用して内部を3,500 ± 500 Paまで加圧します。安定化期間の後、60秒間の試験を実施し、圧力降下が38 Pa以下であれば合格とみなされます。
一体型機械加工
モジュール取付面の平面度0.3mm、上部六角穴の位置0.5mm、底部平面度0.5mmなど、高い幾何公差が要求される形状は、累積誤差、組立誤差、溶接変形などにより、溶接前に個々の部品に加工を施しても保証できません。そのため、これらの精度要件を満たすために、溶接後に一体加工を行う方式を採用しています。
リベット
リベット留めには、ブラインドリベット留めとプレスリベット留めがあります。ブラインドリベット留めでは、リベットガンを使用して六角形のリベットナットをアルミ製バッテリートレイの上部フランジに取り付け、最終組み立て時に上部カバーとボルトで接続します。プレスリベット留めでは、プレス機がアルミプロファイルの可塑性を利用して、スチール製の圧入スタッドをアルミ製ブラケットに接合します。このブラケットは、小型部品をメイントレイ本体に取り付けるのに適しています。
寸法検査
検査は手動測定と三次元測定機（CMM）を用いて行われます。直線寸法は品質検査員がノギスと巻尺を用いて確認し、位置や平面度などの幾何公差はCMMを用いて検証します。
底板水門シール
冷却液の循環経路となる底板の品質と密閉性は、アルミニウム製バッテリートレイの製造において極めて重要です。底板は、プロファイルベースにシーリングブロックを組み立てて溶接することで形成されます。押し出し成形されたプロファイル内部の複数の空洞が冷却チャネルとして機能します。プロファイルの一方の端は、互いに連通しない入口と出口を接続し、もう一方の端はポートを密閉して空洞同士が連通できるようにします。これにより、入口から空洞を通って出口へと流れるループが形成され、バッテリーを効果的に冷却します。
Getzshapeがどのように役立つか
Getzshapeは、高品質のカスタムCNC加工、板金加工、放電加工、ダイカストなどを提供しています。最先端の設備と厳格な品質管理を駆使し、試作品から量産品まで、高精度かつ納期厳守を実現します。エンドツーエンドの製造パートナーとして、調達、加工、後処理、物流を効率化します。
