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，存在非常大的差异。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，并不代表本质特性转移和完全变化。尤其在车辆工程中，动、静态载荷下，特性差异，表现的更加明显。

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。

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，这个时候的设计，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越来越被重视，这种结构设计，无法满足新的功能需求。

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，都是直接或间接的主要原因之一。

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，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，动态性能更加恶劣。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。

托盘的铝制吊耳固定点应数量多，而且布置均匀。

不仅如此，做到电池模组和承载的托盘浑然一体，也不是一件容易的事。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：

从材料特性分析，故障点应力超过了材料本身所能承载应力或应力集中。

从工艺角度，材料焊接时，导致的烧损，改变或削弱了材料的参数特性。

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，更有利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。

托盘设计灵魂：铝外框架梁强度设计

前面提到托盘结构设计的内外浑然一体，外框架设计也是非常重要的。

从材料特性参数角度，铝的屈服强度和抗拉强度均低于钢。

铝及其合金的屈服强度和拉伸强度分别为30-500N/sqmm和79-570N/sqmm。钢的屈服强度和抗拉强度，分别在250-1000N/sqmm和400-1250N/sqmm范围内。

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，就必须考虑这个因素。

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

车用铝合金应用主要包括5×××系（Al-Mg系）6×××系（Al-Mg-Si系）等等。据了解，铝托盘主要采用6系铝型材（材质的应用，还需进一步分析和摸索）。

电池铝托盘常用的几种结构类型

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。

压铸铝托盘结构特征更多表现为一次压铸成型，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，整体强度可以满足电池承截要求。常见于小能量电池系统结构。如下图的AudiA3压铸托盘。

挤压铝拼焊框架结构比较多见，也是比较灵活的一种结构。通过不同铝型材的拼焊、加工，可以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，较之压铸铝托盘，挤压铝拼焊框架结构占有一定的优势。当然，随着量产数量的不同，这种成本优势是否存在，也不一定。

框架结构是托盘的一种结构形式，在前期“三+6”一文中，曾经详细作过描述。框架结构更有利于轻量化，更利于不同结构的强度保证。

铝电池托盘结构形式，也沿袭了框架结构设计形式：外框体主要完成电池整个系统的承载功能；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。

小结

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，还需要不断摸索，做到心中有数，不断积累应用经验，才能在轻量化的应用中游刃有余，不断进步。