2019年的前9個月，在美國售出了近175,000輛電動汽車（BEV）。其中80％是快速銷售的Model 3。令人驚訝的是，除特斯拉外，目前在美國還有13款電動汽車在銷售。雪佛蘭Bolt是領先的非特斯拉產品，約佔市場份額的7.5％。然後是日產（Leaf），奧迪（e-tron），寶馬（i3），大眾（e-Golf），捷豹（i-Pace）和多款起亞/現代汽車產品。
然而，隨著各種不同級別和價格的新型BEV產品的推出，市場將變得更加活躍。在這個春季，我們將看到保時捷的Taycan 4門跑車在美國推出，以及梅賽德斯EQC跨界車。
然後在2020年晚些時候將有三款新跨界車再推出：特斯拉的Model Y，福特剛剛宣佈的野馬Mach-E和大眾的ID.4，以及沃爾沃的XC40 BEV（圖1）和Mini Cooper SE。
此外，我們預計在2020年末，皮卡浪潮將首先出現，Rivian的R1T，隨後是特斯拉的Cybertruck，配備福特電池的F-150和到2021年由通用汽車電池供電的皮卡。
預計奧迪將在2021年推出另一款產品e-tron GT。計劃在2022年投放來自Rivian（R1S），Lincoln（基於Rivian平臺）和Cadillac的SUV。這些只是主要汽車製造商當前宣佈的即將發佈的產品。還有很多BEV產品還在準備中。
Figure 1. Volvo launched the XC40 as the first vehicle in its electrified car line. The car implements an extruded aluminum battery tray.
據估計到2025年，由於產品種類增加，電池成本降低，續航里程增加以及充電網絡擴大，北美BEV銷量可能會增長到每年100萬輛左右（約佔市場的6％）。根據電池成本的歷史性和預測性降低，預計到2024/26年，BEV和傳統內燃機（ICE）車輛將首先實現成本平價（不包括補貼）。在成本均等的情況下，性能和運營節省將使平衡向BEV方向傾斜。
無論是在2025年是否售出100萬輛電動汽車，從技術的發展和傳統汽車製造商的承諾來看，很明顯，在未來十年中，電動汽車將成為我們汽車未來越來越重要的一部分。那麼這對於鋁擠壓意味著什麼呢？（注意：本文只針對電動汽車，不涉及混合動力汽車，無論是否插電式。）
鋁擠壓對電動汽車的作用
鋁型材應該在電動汽車中起至關重要的作用。首先，電池系統的重量使其他車輛系統的輕量化變得更加重要；其次，鋁擠壓材料的特點使其成為容納和冷卻電池系統以及電動機外殼的主要材料。
重量和里程
電動汽車很重，並且重量限制了行駛里程。Ducker Worldwide估計，大眾的e-Golf（不久將被ID.4取代）比同一輛車的ICE版本重500磅以上。ICE車輛發動機、變速箱、排氣系統和燃油系統重量達到500磅，但BEV中的電池、電動機、控制器和電纜重量達到1000磅以上。對於特斯拉S（85 kWh版本的電池為1,200磅（佔汽車重量的27％））和雪佛蘭螺栓（Chevy Bolt）的電池為960磅（66 kWh（佔汽車重量的26％））而言，情況與此類似。
電池能量密度正在不斷增加，但考慮到BEV購買者的"里程焦慮"，我們很可能會看到，隨著里程的增加而不是重量的減少，改進最終會結束。這並不是挑戰汽車設計師的唯一重量增加途徑。同時，我們看到高級駕駛員輔助系統（ADAS）硬件的重量增加。儘管真正的自動駕駛（5級）離還有很長的路要走，但許多關鍵要素已經被添加到汽車中。現在，許多新車輛（尤其是技術先進的車輛）都具有車道偏離警告系統（1.2磅）和前碰撞警告/自動制動系統（另外6.5磅）。麥肯錫公司（McKinsey＆Company）估計，如果考慮完全實現5級自動駕駛的所有傳感器、處理器和電纜等，將另外產生300-400磅的質量。
擠壓件（和其他鋁部件）已被證明可有效減輕重量。我們希望看到越來越多的擠壓件用於諸如橫樑/儀表板、車頂弓和車身底板橫樑等位置。但是，僅用擠壓型材替換可替代材料不一定是成功的策略。我們看到具有更薄壁的複雜空心結構越來越多地被使用，以進一步減輕輕質材料的重量，同時滿足更苛刻的結構和抗壓性能。
電池系統外殼
對電池系統的維護和處理是擠壓的另一個重要應用方面。現在的電池系統需要：密封元件，防止碰撞和車身底部撞擊，以及某種程度的熱管理。此外，它們必須提供維護通道，滿足易於組裝、耐久性和成本效益的典型需求。通常情況下，要求更高，因為電池外殼成為車輛結構的一個組成部分，對底盤剛度和整體碰撞管理也有相應的貢獻。
許多專門建造的BEV使用"skateboard"式平臺，例如用於Rivian和大眾MEB平臺（圖2-3）。通常，電池盒位於車軸之間，電機和控制系統安裝在輪軸上方。
Figure 2. Rivian skateboard battery enclosure and chassis. (Source: Rivian.)
Figure 3. MEB modular battery enclosure and chassis. (Source: Volkswagen.)
外殼實際上消耗了車輪之間的所有可用空間，而用於SUV的外殼通常長78-85英寸，寬60英寸，高5-5.5英寸。作為參考，奧迪e-tron的軸距約長115英寸，寬76英寸，與Jaguar I-Pace相當，其軸長為117英寸，寬74.6英寸。
e-tron電池盒的示意圖（圖4）顯示了一種非典型的方法，採用網格型（或蛋形紙盒）結構，以在框架和下蓋（既提供保護又提供機箱完整性）內固定和保護電池模塊。
Figure 4. Audi e-tron battery housing. (Source: Audi.)
仔細查看大眾MEB電池盒，可以很好地瞭解當今工程師正在努力權衡的問題。複雜的多孔空心結構似乎可以提供橫向抗壓性能，併為電池盒提供整體結構。該外殼由帶有焊接角的線形構造而成。在替代設計中，我們看到了用焊接角代替澆鑄角節點。特斯拉Model S的電池盒（也將電池盒用作底盤結構的組成部分）也是基於擠壓成型製造的（圖5），但拐角顯然由彎曲的線條形成，輔助元件提供了側面保護。
Figure 5. Tesla Model S battery box. (Source: Tesla.)
但是，如何利用其他鋁擠壓應用中的方法呢？例如高端行李箱中使用的連續彎曲線形（圖6）使用連續的直線可以消除電池周圍的多個機械接頭（可能會洩漏），儘管它可能需要較重的壁和凸緣以適應半徑較小的彎曲。
Figure 6. A continuous lineal as used in luggage framing. (Source: Almag.)
電池的熱管理
最佳的電池性能要求電池組溫度保持在設計窗口內（通常在20°C至40°C之間），並且電池組內的溫度變化最小（<5°C）。儘管有多種可能的方法可以為電池包提供熱管理，但如今的首選解決方案是間接液體冷卻，通常是通過管網循環的乙二醇冷卻劑進行。早期的Nissan Leafs利用空氣冷卻，但是國家可再生能源實驗室（NREL）的一項研究得出的結論是，空氣冷卻需要的能量是液體系統的2-3倍。類似地，NREL發現有利於擠壓的翅片冷卻方法顯著增加了重量。
儘管電池熱管理的基本方法（使冷卻液通過管子或管道循環）與ICE車輛所用的方法相似，但執行方式顯然有很大不同。電動汽車之間的差異也很大，例如：保時捷將冷卻系統保持在其新Taycan電池盒的外部，將冷卻液管粘在電池盒的底部以進行熱量傳遞。特斯拉採取了另一條路線，在電池組之間貼一條單條鋁擠壓線以提供熱傳遞，同時最大程度地減少任何潛在的洩漏。寶馬還將冷卻系統放置在電池盒內部，但在底部，電池模塊位於管道頂部，使傳熱液體循環。
無論冷卻系統的體系結構如何，基本要求都是相同的，並且為冷卻管以及某些應用場合（包括外圍設備）的擠壓創造了機會。諸如在替代能源應用中使用的擠壓管（圖7）佔用的空間最小，並且包括外部鋸齒以改善熱傳遞。對於另一項與冷卻有關的應用，特斯拉模型3使用了擠壓式冷卻劑冷凝器箱。儲罐的中空部分在一側擠壓有寬法蘭，隨後將其衝壓以消除多餘的材料並形成安裝點。
Figure 7. Extruded tubing for alternative energy. (Source: Almag.)
除了特定於電池的應用以外，還可能在控制系統外殼中以及在電動機外殼中應用鋁擠壓。對於鋁擠壓，BEV交流電機的外殼似乎是有前景的應用部位。與電池組一樣，熱量管理是一個關鍵因素，帶有圓周冷卻孔的多空洞（例如用於重型卡車電驅動單元的這種設計（圖8））可以很好地完成該任務。這個特殊的外殼包括20個冷卻通道（除了單獨的油孔外）；通道又具有鋸齒狀的內部，類似於冷卻管，可使有效冷卻表面積增加12％。
Figure 8. Example of an extruded motor housing (left) and a high pressure die cast motor housing (right). (Source: Almag.)
但是，電動機通常與控制機構、功率逆變器安裝座等包裝在一起，因此傾向於使用更復雜的高壓壓鑄外殼。
選擇何種材料加工形式？
雖然很明顯鋁可以在車輛電氣化中發揮重要作用，但並不能確定擠壓將是選擇的形式。Novelis推出了具有鋁片結構的電池外殼，如上所述，鑄件可能對電動機外殼（可能還有電池外殼）起重要作用。但是，Novelis將其薄板設計定位為最適合"大容量"應用，而鑄鐵電池外殼解決方案似乎最有可能用於混合動力汽車中使用的較小外殼。
然而，目前，基於擠壓的設計似乎是一個極具吸引力的解決方案，除了擠壓的設計和加工靈活性之外，還需要考慮工具成本和交貨期。最近對SUV或皮卡級電池外殼的評估顯示，鑄造模具成本超過75萬美元，交貨期接近一年。相比之下，一個基於擠壓的設計，有8到10個不同的型材，需要的模具總投資不到75000美元，交貨期約為6周。尤其是在設計發展如此迅速的情況下，開發速度和工具成本令人信服。
結論
儘管BEV在北美市場的滲透速度仍存在很多不確定性，但福特，通用汽車和其他公司對這項技術的承諾無疑表明機遇是真實的。儘管最終材料的選擇仍然存在不確定性，但同樣清楚的是-至少在短期內-擠壓鋁型材的應用空間很大。大型車輛的基於鋁擠壓的電池外殼重量在100-125磅之間，同時還需要持續輕量化其他組件，因此BEV市場無疑將使汽車對擠壓的使用不斷增長。
來源：作者：Lynn Brown, Consulting Collaborative, and , Almag Aluminum.汽車輕量化產業鏈翻譯整理.
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