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パート2. 技術：アルミ押出+摩擦攪拌接合が主流、レーザー溶接とFDSが将来の方向になるか

1. ダイカストやスタンピングと比較して、アルミニウム押し出し成形プロファイルとその後の溶接は、現在、バッテリーボックスの主流の技術です。

1) プレス加工されたアルミ板で溶接されたバッテリーパックの下のシェルの絞り深さ、バッテリーパックの振動や衝撃強度不足などの問題により、自動車企業は車体とシャーシの強力な一体設計能力を持つ必要があります。

2）ダイカスト方式の鋳造アルミバッテリートレイは、一括成形を採用しています。この欠点は、鋳造工程においてアルミ合金が鋳残し、ひび割れ、冷間分離、陥没、気孔などの欠陥が発生しやすいことです。鋳造後の製品の密閉性は悪く、鋳造アルミ合金の伸びも低いため、衝突後に変形しやすいという問題があります。

3) 押し出しアルミニウム合金バッテリートレイは、現在主流のバッテリートレイ設計方式であり、プロファイルの接合と加工を通じてさまざまなニーズに対応し、柔軟な設計、便利な加工、変更の容易さなどの利点があります。 性能押し出しアルミニウム合金バッテリートレイは、高い剛性、耐振性、押し出しおよび衝撃性能を備えています。

2. 具体的には、アルミニウム押し出し加工により電池ボックスを形成するプロセスは次のとおりです。

箱本体の底板は、アルミ棒を押出成形した後、摩擦攪拌接合により成形され、さらに四つの側板を溶接することで底板が成形されます。現在、主流のアルミプロファイルは一般的な6063または6016で、引張強度は基本的に220～240MPaですが、より強度の高い押出成形アルミを使用すれば、引張強度は400MPa以上に達し、一般的なアルミプロファイルボックスと比較して20～30%の軽量化が可能です。

3.溶接技術も継続的に向上しており、現在の主流は摩擦攪拌溶接である。

バッテリーボックスはプロファイルを接合する必要があるため、溶接技術はバッテリーボックスの平坦度と精度に大きな影響を与えます。バッテリーボックスの溶接技術は、従来の溶接（TIG溶接、CMT）に加え、現在主流となっている摩擦溶接（FSW）、さらに高度なレーザー溶接、ボルト締め付け技術（FDS）、そして接着技術に分かれています。

TIG溶接は、不活性ガスの保護下で、タングステン電極と溶接材の間に発生するアークを利用して母材を加熱溶融し、ワイヤを充填することで高品質な溶接部を形成します。しかし、箱型構造の進化に伴い、箱のサイズが大きくなり、プロファイル構造が薄型化し、溶接後の寸法精度が向上するにつれて、TIG溶接は不利な状況になっています。

CMTは、MIG/MAG溶接の新しいプロセスです。大きなパルス電流を用いて溶接ワイヤのアークを滑らかにし、材料の表面張力、重力、機械的なポンピング作用を利用して連続溶接を形成します。入熱量が少なく、スプラッシュがなく、アークが安定しており、溶接速度が速いなどの利点があり、様々な材料の溶接に使用できます。例えば、BYDやBAICモデルに採用されているバッテリーパッケージ下部のボックス構造は、主にCMT溶接技術を採用しています。

4. 従来の溶融溶接では、大入熱による変形、気孔、溶接継手係数の低下といった問題がありました。そのため、より効率的で環境に優しく、溶接品質の高い摩擦撹拌溶接技術が広く採用されています。

FSWは、回転するミキシングニードルとシャフト肩部との摩擦によって発生する熱を熱源とし、ミキシングニードルの回転とシャフト肩部の軸力を介して母材の塑性流動を実現し、溶接継手を得ます。高強度で良好なシール性を持つFSW溶接継手は、バッテリーボックス溶接分野で広く使用されています。例えば、吉利汽車や小鵬汽車の多くのモデルのバッテリーボックスは、両面摩擦撹拌接合構造を採用しています。

レーザー溶接は、高エネルギー密度のレーザービームを溶接対象材料の表面に照射し、材料を溶融させて信頼性の高い接合部を形成する技術です。レーザー溶接装置は、初期投資コストの高さ、回収期間の長さ、アルミニウム合金のレーザー溶接の難しさなどから、これまで広く普及してきませんでした。

5. 溶接変形によるボックスサイズの精度への影響を軽減するために、ボルト自己締め付け技術（FDS）と接着技術が導入されており、その中でよく知られている企業としては、ドイツのWEBER社や米国の3M社などがあります。

FDS接合技術は、設備の中心軸を締め付けることで、セルフタッピングネジとボルトを冷間成形で接合する技術の一種であり、モーターの高速回転によって接続プレートの摩擦熱と塑性変形を誘導します。通常、ロボットと組み合わせて使用​​され、高度な自動化を実現します。

新エネルギー電池パックの製造分野では、このプロセスは主にフレーム構造ボックスに応用され、接着工程を併用することで、十分な接合強度を確保しながらボックスの密閉性を実現しています。例えば、NIOの自動車モデルのバッテリーケースはFDS技術を採用し、量産化されています。FDS技術には明らかな利点がある一方で、設備コストの高さ、溶接後の突起やネジなどのコストが高いこと、そして動作条件によって適用範囲が制限されることなどの欠点もあります。

パート3. 市場シェア: バッテリーボックス市場の規模は大きく、急速な複合成長を続けています。

純電気自動車の販売台数が増加し続けており、新エネルギー車用バッテリーボックスの市場規模は急速に拡大しています。国内および世界の新エネルギー車の販売予測に基づき、新エネルギー車用バッテリーボックスの単価を平均すると仮定し、国内の新エネルギー車用バッテリーボックスの市場規模を以下のように算出しました。

基本的な前提:

1) 2020年の中国の新エネルギー車の販売台数は125万台です。中国三省委員会が発表した自動車産業中長期発展計画によると、2025年には中国の新エネルギー乗用車の販売台数は634万台に達し、海外での新エネルギー車の生産台数は807万台に達すると予測されています。

2) 純電気自動車の国内販売台数は2020年に77％を占め、2025年には85％を占めると想定している。

3) アルミ合金製バッテリーボックスとブラケットの透過率は100％に維持されており、バイク1台あたりの価格は3000人民元です。

計算結果：2025年までに、中国と海外の新エネルギー乗用車用バッテリーボックスの市場規模は約162億人民元と242億人民元になり、2020年から2025年までの複合成長率はそれぞれ41.2%と51.7%になると予測されています。