Как да изберем SMC за кутии за EV батерии: Изисквания за устойчивост на пламък, здравина и формоване

Кутиите за батерии на електрически превозни средства трябва да предпазват батерийните модули от пожар, удар, вибрации, влага, отломки от пътя и електрически опасности. В същото време производителите на превозни средства са под постоянен натиск да намалят теглото, да консолидират частите и да подобрят ефективността на производството.

Състав за формоване на листове, известен като SMC предлага ефективна алтернатива на стоманени, алуминиеви и термопластични корпуси на батерии. Правилно формулиран огнеупорен SMC  съчетава механична якост, електрическа изолация, устойчивост на корозия и гъвкавост на дизайна в формован чрез компресия компонент.

Въпреки това, не всяка SMC формула е подходяща за кутия за EV батерии. Материалът трябва да бъде избран според дизайна на корпуса, целта за пожарна безопасност, условията на натоварване, работната температура, дебелината на стената и процеса на формоване.

Това ръководство обяснява основните фактори, които инженерите и екипите за закупуване трябва да оценят, когато избират SMC за кутии за батерии за EV.

Защо да използвате SMC за кутии за EV батерии?

Кутия за батерии за EV може да включва горен капак, долна тава, странични защитни конструкции, вътрешни прегради, сервизни капаци и електрически защитни компоненти. В зависимост от дизайна, SMC може да се използва за целия корпус или да се комбинира с алуминиева или стоманена носеща конструкция.

В сравнение с конвенционалните метали, SMC, подсилен със стъклени влакна,  осигурява няколко предимства.

Електрическа изолация

SMC е присъщо непроводим, когато е правилно формулиран. Той може да помогне за изолирането на високоволтови компоненти на батерията и да намали риска от електрически контакт между клетките, шините, корпуса и каросерията на превозното средство.

Това е особено ценно около съединители, сервизни прекъсвания и компоненти с високо напрежение. ISO 6469-3 разглежда защитата срещу токов удар и термични инциденти във вериги с клас на напрежение B, което прави електрическата изолация важна част от цялостната безопасност на превозното средство.

Завършеният корпус обаче все още трябва да бъде валидиран като цялостна система. Добрата диелектрична стойност в SMC лист с данни не доказва автоматично, че сглобената батерия отговаря на изискванията за електрическа безопасност на ниво превозно средство.

Корозионна и химическа устойчивост

За разлика от стоманата, SMC не ръждясва. Той може да издържи на излагане на пътна сол, влага, пръски вода и много автомобилни течности, когато системата от смола е избрана правилно.

Това може да намали необходимостта от вторични антикорозионни обработки. Той също така помага да се поддържа производителността на корпуса през целия експлоатационен живот на превозното средство, особено в крайбрежните региони или пазари, където пътната сол се използва широко.

Химическите тестове трябва да вземат предвид действителните вещества, очаквани в приложението, като например:

·  Смеси от охлаждаща течност и гликол

·  Смазочни материали и хидравлични течности

·  Почистващи препарати

·  Пътна сол

·  Електролит на акумулатора

·  Автомобилни горива и масла

Намаляване на теглото

SMC обикновено има по-ниска плътност от стоманата. Действителното спестяване на тегло зависи от формулата, съдържанието на влакна, геометрията на частта, ребрата, вложките и дали SMC компонентът замества метален капак или структурна тава.

Директното сравнение на плътността на материала не е достатъчно. Инженерите трябва да сравняват теглото на пълни, функционално еквивалентни части. Най-голямото предимство на SMC често идва от комбинирането на множество щамповани или заварени метални компоненти в една формована част.

Частична интеграция

Компресионното формоване позволява ребра, издатини, уплътнителни жлебове, монтажни елементи, кабелни канали и локална армировка да бъдат включени в корпуса.

Това може да намали:

·  Броят на отделните компоненти

·  Заваръчни и крепежни операции

·  Време за сглобяване

·  Разлики в размерите между съединените части

·  Потенциални пътища на изтичане

Интегрирането на части е особено полезно за големи капаци на батерии и сложни защитни панели.

Стабилност на размерите

Една добре проектирана автомобилна SMC формула може да осигури ниско свиване, стабилни размери и постоянно качество на повърхността. Тези свойства са важни за уплътняване на фланци, позиции на крепежни елементи и големи плоски повърхности.

Тъй като корпусите на батериите може да са значително по-големи от стандартните електрически корпуси, изкривяването и локалната вариация на дебелината трябва да бъдат оценени по време на потока на матрицата и разработването на инструменти.

1. Определете изискването за пожароустойчивост

Пожароустойчивостта обикновено е първата грижа при избора на EV кутия за батерии SMC.

Инцидентите с литиево-йонна батерия могат да изложат корпуса на пламък, горещ газ, налягане, разтопени частици и бързо повишаващи се температури. Материалът трябва да помогне за забавяне на разпространението на огъня и да поддържа защитна бариера достатъчно дълго, за да поддържа стратегията за безопасност на батерията.

UL 94 V-0 е класификация на материалите — не пълна защита на батерията

UL 94 V-0 често се иска за огнезащитни пластмаси и композити. При този тест материалът трябва да спре да пламти в определени граници и не трябва да отделя горящи капки, които запалват индикатора под него.

За по-взискателни приложения клиентите могат да обмислят UL 94 5VA или 5VB. 5V тестът използва по-сериозно излагане на пламък. При теста за плака 5VA не позволява прогаряне, докато 5VB може да позволява дупка. UL описва UL 94 като група от тестове в малък мащаб, които оценяват склонността на материала да изгасва или разпространява пламък след запалване.

Две квалификации са критични:

1. Рейтингът UL 94 е свързан с тестваната формула и дебелината на образеца.

2. UL 94 не възпроизвежда цялостно събитие на топлинен разход на батерията на EV.

Клас SMC с оценка V-0 при 3 mm не трябва автоматично да се описва като V-0 при 1,5 mm. Винаги изисквайте протокол от изпитване или сертификат за дебелина, равна или по-малка от производствената дебелина на стената.

Помислете за пълния сценарий на пожара

Производителят на батерията трябва да определи дали SMC компонентът трябва да издържа на:

·  Външен пожар на гориво

·  Вътрешно клетъчно термично извеждане

·  Директно въздействие на пламък

·  Високотемпературни газови струи

·  Въздействие на частици

·  Лъчиста топлина

·  Налягане, генерирано вътре в опаковката

·  Разпространение на пожара между модулите

·  Изгаряне за определен период

Правило № 100 на ИКЕ на ООН включва изисквания за безопасност за акумулаторни системи за съхранение на електрическа енергия, обхващащи механични, термични, електрически и екологични натоварвания. Изискванията му се отнасят за REESS и системата на превозното средство, вместо да предоставят съответствие въз основа на един материал на корпуса. UNECE R100 преглед на тестването

SAE J2464 по подобен начин предоставя рамка за тестване за злоупотреба на акумулаторни системи за съхранение на енергия при условия извън нормалния им работен диапазон.

Следователно спецификацията на SMC не трябва да спира до „забавител на горенето“. Тя трябва да включва предвидения метод за изпитване, дебелина на образеца, условия на експозиция и критерии за приемане.

Ключови свойства, свързани с пожар, за заявка

Когато сравнявате огнезащитни SMC съединения , поискайте налични данни за:

·  UL 94 класификация и тествана дебелина

·  Ограничаващ кислороден индекс, ако е приложимо

·  Хоризонтално и вертикално поведение при горене

·  Време на запалване

·  Поведение при разпространение на пламък

·  Плътност на дима

·  Изисквания за токсични газове

·  Характеристики на топлоотдаване

·  Устойчивост на прогаряне

·  Механично задържане след топлинно излагане

·  Топлопроводимост и топлообмен

·  Максимално краткотрайно излагане на температура

Необходимата комбинация зависи от това дали SMC се използва като горен капак, подложка, вътрешна бариера или неструктурен електрически компонент.

2. Посочете механични характеристики по случай на натоварване

Корпусът за батерии не е просто кутия. Може да се наложи да носи модулите на батериите, да издържа на вибрациите на превозното средство, да предпазва от удар и да поддържа уплътняващата си повърхност през целия живот на превозното средство.

Поради тази причина изборът на SMC въз основа само на якостта на опън не е достатъчен.

Характеристики на опън и огъване

Якостта на опън показва как материалът реагира на теглене, докато якостта на огъване е особено важна за широки панели, подложени на огъване.

Техническата спецификация трябва да включва:

·  Якост на опън и модул на опън

·  Якост на огъване и модул на огъване

·  Удължение при скъсване

·  Назъбена и неназъбена ударна якост

·  Ефективност на срязване, където е приложимо

За голям капак на батерията твърдостта може да е по-важна от крайната якост на опън. Недостатъчната твърдост може да позволи на панела да се отклони, засягайки уплътнението на уплътнението или създавайки контакт с вътрешните компоненти.

Устойчивост на удар

Кутиите за батерии под каросерията могат да бъдат изложени на удар с камък, изпуснати предмети, отломки от пътя и локални натоварвания при проникване. Може да се наложи горните капаци да издържат на натоварвания при обслужване и монтаж.

SMC формулата, дължината на стъклените влакна, съдържанието на влакна и ориентацията на формованите влакна влияят върху поведението при удар. Оценка с висока стойност от обикновен тест с купон все още може да изисква локално укрепване в уязвими зони.

Инженерите трябва да оценят формования компонент при представителни условия на удар, вместо да разчитат само на образци от стандартни материали.

Вибрации и умора

EV батериите изпитват непрекъснати вибрации и повтарящи се механични натоварвания. Потенциалните места за повреда включват:

·  Отвори за крепежни елементи

·  Метални вложки

·  Остри ъгли

·  Ребра кръстовища

·  Преходи от тънко към дебело

·  Монтажни точки

·  Ръбове около големи отвори

Показателите за умора зависят от състава на материала, качеството на формоване и дизайна на компонентите. Доставчикът на SMC трябва да прегледа критичните зони заедно с дизайнера на формата и производителя на батерията.

Задържане при пълзене и закрепване

Капаците на батериите често се завинтват към метална тава. Устойчивите натоварвания на скобата могат да причинят пълзене или локално отпускане на напрежението в материали на полимерна основа.

Дизайнът може да изисква:

·  По-големи площи за разпределение на товара

·  Метални ограничители на компресия

·  Формовани вложки

·  Контролиран момент на затягане

·  Дебелината на локалната стена се увеличава

·  Укрепване около монтажните точки

Трябва да се извършат тестове за издърпване, въртящ момент, отпускане и термични цикли на предложената вложка и система за закрепване.

3. Потвърдете електрическите и термичните изисквания

Едно от основните предимства на материала за корпус на батерията SMC  е неговият баланс между структурни характеристики и електрическа изолация.

Съответните електрически свойства могат да включват:

·  Диелектрична якост

·  Обемно съпротивление

·  Повърхностно съпротивление

·  Сравнителен индекс за проследяване

·  Устойчивост на дъга

·  Изолационна устойчивост след излагане на влага

Тестовите стойности трябва да бъдат прегледани при предвидената дебелина и след кондициониране на околната среда. Влагата, замърсяването, повишената температура и стареенето могат да повлияят на електрическите характеристики.

Топлинните изисквания също трябва да бъдат определени внимателно. SMC обикновено не е избран да отвежда топлината от клетките по същия начин като алуминия. Ако корпусът е част от системата за управление на топлината, дизайнерът трябва да вземе предвид топлопроводимостта на материала и пътя на топлопредаване.

При някои конструкции ниската топлопроводимост е от полза, тъй като забавя преноса на топлина. В други, батерията се нуждае от контролирано разсейване на топлината чрез специални охлаждащи плочи. Следователно изборът на SMC трябва да бъде координиран с цялостния дизайн за управление на топлината.

4. Съпоставете SMC формулировката с процеса на формоване

SMC е готов за формоване материал, състоящ се основно от смола, нарязани стъклени влакна, минерални пълнители, добавки и система за уплътняване. Обикновено се формова чрез компресия при топлина и налягане.

Правилната формула трябва да осигурява както производителност на завършената част, така и стабилна обработка.

Система от смола

Ненаситените полиестерни и винилестерни системи се използват широко в SMC. Смолата влияе върху механичните характеристики, химическата устойчивост, свиването, термичното поведение и цената.

Стандартен електрически SMC не трябва да се използва автоматично за EV корпус. Може да се наложи формулировката да се коригира за:

·  По-висока устойчивост на удар

·  Подобрена устойчивост на пламък

·  Ниско свиване

·  По-добра химическа устойчивост

·  Намалена плътност

·  По-висока устойчивост на топлина

·  Ниски емисии

·  Изисквания към автомобилната повърхност

Съдържание на стъклени влакна и дължина на влакната

По-високото съдържание на стъкло може да подобри здравината и твърдостта, но също така може да повлияе на потока, външния вид на повърхността и пълнежа на формата.

По време на компресионното формоване ориентацията на влакната се развива, докато SMC зарядът протича през кухината. Това може да доведе до различни свойства в различни посоки. Следователно размерът на заряда, позицията на заряда и разстоянието на потока трябва да бъдат оценени по време на разработването на процеса.

За силно натоварени зони локалното усилване или хибридна структура може да бъде по-ефективно от простото увеличаване на съдържанието на стъкло в цялата част.

Течение на мухъл

Голямо заграждение за EV батерия може да съдържа ребра, дълбоки секции, уплътнителни канали и метални вложки. SMC трябва да тече достатъчно далеч, за да запълни кухината без прекомерно отделяне на влакна, заваръчни линии или задържан въздух.

Важните променливи на формоване включват:

·  Температура на формата

·  Формовъчно налягане

·  Тегло на заряда

·  Модел на зареждане и покритие

·  Скорост на затваряне

·  Време за лечение

·  Проветряване

·  Дебелина на детайла

·  Разстояние на потока

·  Позиция на вмъкване

Степента трябва да се изпробва, като се използва представителна геометрия, когато е възможно.

Инструментална екипировка и капацитет на пресата

Големите капаци на батериите изискват преса с достатъчен размер на плочата, дневна светлина, контрол на затваряне и тонаж. Необходимата пресова сила зависи от площта на проектираната част и налягането на формоване - не само теглото на частта.

Инструментите трябва да са насочени към:

·  Равномерно нагряване

·  Въздушна евакуация

·  Управление на светкавицата

·  Точни размери на уплътнителния фланец

·  Деформиране

·  Позициониране на вложката

·  Локално разпределение на налягането

Симулацията на потока на матрицата и ранният преглед на производството могат да предотвратят скъпи модификации след като производственият инструмент е завършен.

Време на цикъл и втвърдяване

SMC трябва да се втвърдява последователно както на дебели, така и на тънки участъци. Неадекватното втвърдяване може да намали устойчивостта на топлина, здравината и стабилността на размерите. Прекомерното време за втвърдяване обаче намалява ефективността на производството.

Производствените изпитания трябва да потвърдят:

·  Минимално стабилно време за втвърдяване

·  Втвърдяване на ядрото и повърхността

·  Поведение при деформиране

·  Промяна на размерите след формоване

·  Изкривяване

·  Повърхностни дефекти

·  Консистенция на механичните свойства

5. Оценете устойчивостта на околната среда

Кутиите за EV батерии работят при променяща се температура, влажност и пътни условия. Програмата за квалификация на материалите трябва да представя предвидения пазар на превозни средства.

Препоръчителните оценки могат да включват:

·  Излагане на висока и ниска температура

·  Термичен цикъл

·  Температурно-влажностно стареене

·  Водопоглъщане

·  Експозиция на солен спрей

·  Химическо потапяне

·  UV експозиция за външно видими части

·  Въздействие на чакъл и камъни

·  Вибрации след стареене в околната среда

·  Ефективност на уплътнението след циклиране

Материалът също трябва да бъде оценен заедно с покрития, лепила, уплътнения, вложки и крепежни елементи. Разликите в термичното разширение между SMC и металните компоненти могат да повлияят на натоварването на фугите и ефективността на уплътняване.

6. Контролирайте дебелината, деформацията и уплътнителните повърхности

Уплътняването на корпуса на батерията е от съществено значение за предотвратяване на навлизането на вода, прах и замърсители в опаковката. Големите формовани капаци трябва да поддържат плоскост на фланеца и точност на размерите след формоване и термичен цикъл.

Дизайнът трябва да избягва ненужни промени в дебелината. Резките преходи могат да създадат неравномерен поток, вътрешно напрежение, следи от потъване и деформация.

Полезните мерки за проектиране включват:

·  Постепенни преходи на дебелината

·  Балансирано разположение на ребрата

·  Заоблени вътрешни ъгли

·  Постоянна геометрия на фланеца

·  Подходящи ъгли на газене

·  Контролирани съотношения ребра към стена

·  Стратегическо разположение на заряда

·  Местно, а не прекомерно цялостно укрепване

Уплътнителната система, разстоянието между болтовете и допустимото отклонение на фланеца трябва да бъдат определени преди SMC частта и матрицата да бъдат финализирани.

Контролен списък за избор на SMC за кутии за EV батерии

Често срещани грешки при избора на SMC

Няколко грешки могат да забавят проект за кутия за батерии за EV:

1. Избор на материал само от данни UL 94 V-0.
V-0 не представлява целия сценарий на топлинно бягане или пожар на превозно средство.

2. Пренебрегване на тестваната дебелина.
Степента на запалимост или диелектричната стойност може да не се отнася за по-тънка производствена стена.

3. Използване на силата на купона като пълна структурна спецификация.
Потокът на влакната, ребрата, заваръчните линии и вложките влияят на действителната производителност на компонентите.

4. Посочване на максимална якост без отчитане на потока на формата.
Формулировката трябва да запълва инструмента надеждно, както и да отговаря на механичните изисквания.

5. Третиране на SMC покритие като копие на метална част.
Композитните части изискват собствен дизайн на ребро, фланец, закрепване и дебелина.

6. Валидиране на материала, но не и на сглобения корпус.
Уплътненията, съединенията, вложките и интерфейсите често определят крайната производителност на опаковката.

Персонализирани SMC решения от JLON

JLON доставя персонализирани SMC съединения  за електрически, автомобилни и транспортни приложения. Тъй като системите за EV батерии имат различни архитектури на корпуса и цели за валидиране, SMC формулировката трябва да бъде съобразена с индивидуалния проект, вместо да бъде избрана от един клас с общо предназначение.

Наличните посоки за развитие включват:

·  Огнеустойчив SMC 

·  Електрическа изолация SMC 

·  Високоякостни стъклени влакна SMC 

·  SMC с ниско свиване 

·  Термоустойчив SMC 

·  Устойчив на корозия SMC 

·  SMC за капаци на батериите на EV 

·  SMC за батерии и защитни панели 

·  SMC за електрически кутии за високо напрежение 

·  Оцветен по поръчка автомобилен SMC 

За да препоръча подходяща формула, JLON обикновено преглежда следната информация:

·  Чертеж на част или 3D модел

·  Предвидено приложение

·  Необходим пожарен стандарт

·  Минимална производствена дебелина на стената

·  Цели с механични свойства

·  Изисквания за електрически характеристики

·  Работни и пикови температури

·  Условия на химическа експозиция

·  Тегло и размери на частта

·  Информация за пресата и формата

·  Годишно търсене

·  Необходими протоколи от изпитвания или одобрения за автомобили

Силно се препоръчва формоване на прототип и тестване на представителни компоненти преди одобрение на производството.

Заключение

Избор SMC за корпус на батерия за EV  изисква повече от сравняване на якостта на опън или изискване на обща степен на забавяне на горенето. Материалът трябва да работи като част от цялостна система, която включва геометрията на корпуса, дизайна на уплътненията, вложките, охладителната система, акумулаторните модули и структурата на превозното средство.

Най-добрата SMC формула трябва да осигурява практически баланс на:

·  Устойчивост на пламък и топлина

·  Механична здравина и твърдост

·  Устойчивост на удари и вибрации

·  Електрическа изолация

·  Корозионна и химическа устойчивост

·  Стабилност на размерите

·  Надежден поток на матрицата

·  Конкурентно време на производствения цикъл

Най-важното е, че противопожарните, структурните и електрическите претенции трябва да бъдат проверени при предвидената дебелина на стената и след това валидирани върху готовата кутия.

За нов SMC  проект за кутия за батерии за EV, свържете се с JLON с вашия чертеж, изисквания за производителност и условия за формоване. Нашият екип може да ви помогне да оцените необходимата формула и да подготвите персонализирано решение за SMC материал.