Sådan vælger du SMC til EV-batterikabinetter: Flammemodstand, styrke og støbningskrav

Batterikabinetter til elektriske køretøjer skal beskytte batterimoduler mod brand, stød, vibrationer, fugt, vejaffald og elektriske farer. Samtidig er bilfabrikanterne under konstant pres for at reducere vægten, konsolidere dele og forbedre produktionseffektiviteten.

Pladestøbemasse, almindeligvis kendt som SMC , tilbyder et effektivt alternativ til stål, aluminium og termoplastiske batterihuse. En korrekt formuleret flammehæmmende SMC  kombinerer mekanisk styrke, elektrisk isolering, korrosionsbestandighed og designfleksibilitet i en kompressionsstøbt komponent.

Det er dog ikke alle SMC-formuleringer, der egner sig til et EV-batterikabinet. Materialet skal vælges i henhold til kabinetdesignet, brandsikkerhedsmål, belastningsforhold, driftstemperatur, vægtykkelse og støbeproces.

Denne vejledning forklarer de vigtigste faktorer, ingeniører og indkøbsteams bør vurdere, når de vælger SMC til EV-batterikabinetter.

Hvorfor bruge SMC til EV-batteriskabe?

Et batterikabinet til elbiler kan omfatte et øvre låg, en nedre bakke, sidebeskyttelsesstrukturer, interne skillevægge, servicedæksler og elektriske beskyttelseskomponenter. Afhængigt af designet kan SMC anvendes til det komplette hus eller kombineres med en bærende konstruktion af aluminium eller stål.

Sammenlignet med konventionelle metaller, glasfiberforstærket SMC  giver flere fordele.

Elektrisk isolering

SMC er i sagens natur ikke-ledende, når den er korrekt formuleret. Det kan hjælpe med at isolere højspændingsbatterikomponenter og reducere risikoen for elektrisk kontakt mellem celler, samleskinner, kabinettet og køretøjets krop.

Dette er især værdifuldt omkring stik, serviceafbrydere og højspændingskomponenter. ISO 6469-3 omhandler beskyttelse mod elektrisk stød og termiske hændelser i spændingsklasse-B-kredsløb, hvilket gør elektrisk isolering til en vigtig del af den overordnede køretøjssikkerhed.

Den færdige indkapsling skal dog stadig valideres som et komplet system. En god dielektrisk værdi i et SMC-datablad beviser ikke automatisk, at den samlede batteripakke opfylder de elektriske sikkerhedskrav på køretøjsniveau.

Korrosions- og kemikaliebestandighed

I modsætning til stål ruster SMC ikke. Det kan modstå eksponering for vejsalt, fugt, stænkvand og mange bilvæsker, når harpikssystemet er valgt korrekt.

Dette kan reducere behovet for sekundære antikorrosionsbehandlinger. Det hjælper også med at opretholde kabinettets ydeevne i løbet af køretøjets levetid, især i kystområder eller markeder, hvor vejsalt er meget udbredt.

Kemisk testning bør tage hensyn til de faktiske stoffer, der forventes i ansøgningen, såsom:

·  Kølevæske og glykolblandinger

·  Smøremidler og hydraulikvæsker

·  Rengøringsmidler

·  Vejsalt

·  Batterielektrolyt

·  Brændstoffer og olier til biler

Vægtreduktion

SMC har generelt en lavere densitet end stål. Den faktiske vægtbesparelse afhænger af formuleringen, fiberindholdet, delens geometri, ribber, indsatser og om SMC-komponenten erstatter et metaldæksel eller en strukturel bakke.

En direkte materiale-densitet-sammenligning er ikke nok. Ingeniører bør sammenligne vægten af ​​komplette, funktionelt ækvivalente dele. SMC's største fordel kommer ofte ved at kombinere flere stemplede eller svejste metalkomponenter i en støbt del.

Del integration

Kompressionsstøbning gør det muligt at inkorporere ribber, fremspring, tætningsriller, monteringsfunktioner, kabelpassager og lokal forstærkning i kabinettet.

Dette kan reducere:

·  Antallet af separate komponenter

·  Svejse- og fastgørelsesoperationer

·  Samlingstid

·  Dimensionsvariation mellem sammenføjede dele

·  Potentielle lækageveje

Delintegration er især nyttig til store batteridæksler og komplekse beskyttelsespaneler.

Dimensionsstabilitet

En veldesignet automotive SMC-formulering kan give lavt svind, stabile dimensioner og ensartet overfladekvalitet. Disse egenskaber er vigtige for tætning af flanger, befæstelsespositioner og store flade overflader.

Fordi batterikabinetter kan være betydeligt større end standard elektriske huse, skal skævvridning og lokal tykkelsesvariation evalueres under formflow og værktøjsudvikling.

1. Definer brandmodstandskravet

Brandydelse er normalt den første bekymring, når du vælger en EV batteri kabinet SMC.

Hændelser med lithium-ion-batterier kan udsætte et indelukke for flammer, varm gas, tryk, smeltede partikler og hurtigt stigende temperaturer. Materialet skal hjælpe med at forsinke brandudbredelsen og opretholde en beskyttende barriere længe nok til at understøtte batteripakkens sikkerhedsstrategi.

UL 94 V-0 er en materialeklassificering - ikke komplet batteribeskyttelse

UL 94 V-0 efterspørges ofte til flammehæmmende plast og kompositter. Under denne test skal et materiale stoppe med at brænde inden for specificerede grænser og må ikke frigive flammende dryp, der antænder indikatoren under det.

Til mere krævende applikationer kan kunder overveje UL 94 5VA eller 5VB. 5V-testen bruger en mere alvorlig flammeeksponering. I plaktesten tillader 5VA ikke gennembrænding, mens 5VB kan tillade et hul. UL beskriver UL 94 som en gruppe af småskala test, der vurderer et materiales tendens til at slukke eller sprede flammer efter antændelse.

To kvalifikationer er kritiske:

1. En UL 94-klassificering er forbundet med den testede formulering og prøvetykkelse.

2. UL 94 gengiver ikke en komplet EV-batteri termisk løbsk hændelse.

En SMC-grad vurderet til V-0 ved 3 mm bør ikke automatisk beskrives som V-0 ved 1,5 mm. Bed altid om testrapporten eller certificeringen for en tykkelse svarende til eller under produktionsvægtykkelsen.

Overvej hele brandscenariet

Batteripakkeproducenten bør definere, om SMC-komponenten skal modstå:

·  Ekstern brændstofbrand

·  Intern celle termisk løbsk

·  Direkte flammestød

·  Højtemperaturgasstråler

·  Partikelpåvirkning

·  Strålingsvarme

·  Tryk genereret inde i pakken

·  Brandudbredelse mellem moduler

·  Gennembrænding i en bestemt periode

UNECE-regulativ nr. 100 omfatter sikkerhedskrav til genopladelige elektriske energilagringssystemer, der dækker mekaniske, termiske, elektriske og miljømæssige belastninger. Dens krav gælder for REESS- og køretøjssystemet i stedet for at give overholdelse baseret på ét husmateriale. UNECE R100 testoversigt

SAE J2464 giver på samme måde en ramme for misbrugstest af genopladelige energilagringssystemer under forhold uden for deres normale driftsområde.

Derfor bør SMC-specifikationen ikke stoppe ved 'flammehæmmende.' Den bør omfatte den tilsigtede testmetode, prøvetykkelse, eksponeringsbetingelser og acceptkriterier.

Nøgle brandrelaterede egenskaber til anmodning

Ved sammenligning af flammehæmmende SMC-forbindelser , anmod om tilgængelige data for:

·  UL 94 klassificering og testet tykkelse

·  Begrænsende iltindeks, hvis relevant

·  Horisontal og vertikal brændingsadfærd

·  Optændingstid

·  Flammespredende adfærd

·  Røgtæthed

·  Krav til giftig gas

·  Varmeafgivende ydeevne

·  Gennembrændingsmodstand

·  Mekanisk tilbageholdelse efter varmepåvirkning

·  Termisk ledningsevne og varmeoverførsel

·  Maksimal kortvarig temperatureksponering

Den nødvendige kombination afhænger af, om SMC'en bruges som overdækning, undervognsbakke, intern barriere eller ikke-strukturel elektrisk komponent.

2. Angiv mekanisk ydeevne efter belastningstilfælde

Et batterikabinet er ikke bare en boks. Det kan være nødvendigt at bære batterimodulerne, modstå køretøjets vibrationer, beskytte mod stød og bevare dens tætningsflade i hele køretøjets levetid.

Af denne grund er det ikke tilstrækkeligt at vælge SMC baseret på trækstyrke.

Træk- og bøjningsevne

Trækstyrke angiver, hvordan materialet reagerer på trækbelastninger, mens bøjningsstyrken er særlig relevant for brede paneler, der udsættes for bøjning.

Den tekniske specifikation bør omfatte:

·  Trækstyrke og trækmodul

·  Bøjningsstyrke og bøjningsmodul

·  Forlængelse ved brud

·  Slagstyrke med og uden hak

·  Forskydningsydelse, hvor det er relevant

For et stort batteridæksel kan stivhed være vigtigere end ultimativ trækstyrke. Utilstrækkelig stivhed kan give panelet mulighed for at afbøje, påvirke pakningens tætning eller skabe kontakt med interne komponenter.

Slagfasthed

Undervogns batterikabinetter kan blive udsat for stenslag, tabte genstande, vejaffald og lokale penetrationsbelastninger. Øvre dæksler skal muligvis også modstå service- og monteringsbelastninger.

SMC-formulering, glasfiberlængde, fiberindhold og støbt fiberorientering påvirker alle slagadfærden. En karakter med høj værdi fra en simpel kupontest kan stadig kræve lokal forstærkning i udsatte områder.

Ingeniører bør vurdere den støbte komponent under repræsentative stødforhold i stedet for kun at stole på standardmaterialeprøver.

Vibration og træthed

EV-batteripakker oplever kontinuerlig vibration og gentagen mekanisk belastning. Potentielle fejlsteder omfatter:

·  Befæstelseshuller

·  Metalindsatser

·  Skarpe hjørner

·  Rib skæringspunkter

·  Tynde til tykke overgange

·  Monteringspunkter

·  Kanter omkring store åbninger

Træthedsydelse afhænger af materialeformulering, støbekvalitet og komponentdesign. SMC-leverandøren bør gennemgå kritiske områder sammen med formdesigneren og batteripakkeproducenten.

Krybe- og fastgørelsesfastholdelse

Batteridæksler er ofte boltet til en metalbakke. Vedvarende klembelastninger kan forårsage krybning eller lokal spændingsafslapning i polymerbaserede materialer.

Designet kan kræve:

·  Større lastfordelingsområder

·  Metalkompressionsbegrænsere

·  Indstøbte indsatser

·  Kontrolleret tilspændingsmoment

·  Lokal vægtykkelse øges

·  Forstærkning omkring monteringspunkter

Udtræknings-, drejningsmoment-, afspændings- og termisk cyklustest skal udføres på det foreslåede indsats- og fastgørelsessystem.

3. Bekræft elektriske og termiske krav

En af de største fordele ved SMC batterihusmateriale  er dets balance mellem strukturel ydeevne og elektrisk isolering.

Relevante elektriske egenskaber kan omfatte:

·  Dielektrisk styrke

·  Volumenmodstand

·  Overfladeresistivitet

·  Sammenlignende sporingsindeks

·  Lysbuemodstand

·  Isolationsmodstand efter fugtpåvirkning

Testværdier bør revideres ved den tilsigtede tykkelse og efter miljømæssig konditionering. Fugt, forurening, forhøjet temperatur og ældning kan påvirke den elektriske ydeevne.

Termiske krav bør også defineres nøje. SMC vælges normalt ikke til at lede varme væk fra celler på samme måde som aluminium. Hvis kabinettet er en del af varmestyringssystemet, skal konstruktøren overveje materialets varmeledningsevne og varmeoverførselsvej.

I nogle designs er lav varmeledningsevne fordelagtig, fordi den forsinker varmeoverførslen. I andre har batteriet brug for kontrolleret varmeafledning gennem dedikerede køleplader. SMC-valg skal derfor koordineres med det komplette varmestyringsdesign.

4. Tilpas SMC-formuleringen til støbeprocessen

SMC er et støbefærdigt materiale, der hovedsageligt består af harpiks, hakket glasfiber, mineralske fyldstoffer, additiver og et fortykkelsessystem. Det er normalt kompressionsstøbt under varme og tryk.

Den korrekte formulering skal give både færdigvareydelse og stabil forarbejdning.

Harpiks system

Umættede polyester- og vinylestersystemer er meget udbredt i SMC. Harpiksen påvirker mekanisk ydeevne, kemisk resistens, krympning, termisk adfærd og omkostninger.

En standard elektrisk kvalitet SMC bør ikke automatisk bruges til et EV kabinet. Formuleringen skal muligvis justeres for:

·  Højere slagfasthed

·  Forbedret flammemodstand

·  Lavt svind

·  Bedre kemikalieresistens

·  Reduceret densitet

·  Højere varmebestandighed

·  Lave emissioner

·  Overfladekrav til biler

Glasfiberindhold og fiberlængde

Højere glasindhold kan forbedre styrke og stivhed, men det kan også påvirke flow, overfladeudseende og skimmelfyldning.

Under kompressionsstøbning udvikles fiberorientering, når SMC-ladningen strømmer gennem hulrummet. Dette kan producere forskellige egenskaber i forskellige retninger. Ladningsstørrelse, ladeposition og flowafstand bør derfor evalueres under procesudvikling.

For stærkt belastede områder kan lokal forstærkning eller en hybridstruktur være mere effektiv end blot at øge glasindholdet i hele delen.

Skimmelsvamp flow

Et stort el-batterikabinet kan indeholde ribber, dybe sektioner, tætningskanaler og metalindsatser. SMC'en skal flyde langt nok til at fylde hulrummet uden overdreven fiberadskillelse, svejseledninger eller indespærret luft.

Vigtige støbevariabler inkluderer:

·  Skimmeltemperatur

·  Støbetryk

·  Opladningsvægt

·  Opladningsmønster og dækning

·  Lukkehastighed

·  Hærdningstid

·  Udluftning

·  Deltykkelse

·  Strømningsafstand

·  Indsæt position

Karakteren bør prøves ved brug af repræsentativ geometri, når det er muligt.

Værktøjs- og pressekapacitet

Store batteridæksler kræver en presse med tilstrækkelig pladestørrelse, dagslys, lukkekontrol og tonnage. Påkrævet pressekraft afhænger af det projicerede delareal og støbetrykket – ikke kun delens vægt.

Værktøj skal adressere:

·  Ensartet opvarmning

·  Luftevakuering

·  Flash kontrol

·  Nøjagtige tætningsflangedimensioner

·  Afformning

·  Indlægspositionering

·  Lokal trykfordeling

Simulering af form-flow og tidlig fremstillingsgennemgang kan forhindre kostbare ændringer, efter at produktionsværktøjet er færdiggjort.

Cyklustid og hærdning

SMC'en skal hærde konsekvent på tværs af både tykke og tynde sektioner. Utilstrækkelig hærdning kan reducere varmebestandighed, styrke og dimensionsstabilitet. For lang hærdetid sænker imidlertid produktionseffektiviteten.

Produktionsforsøg bør bekræfte:

·  Minimum stabil hærdetid

·  Kerne- og overfladehærdning

·  Demolding adfærd

·  Dimensionsændring efter støbning

·  Warpage

·  Overfladefejl

·  Konsistens mellem mekaniske egenskaber

5. Evaluer miljømæssig holdbarhed

EV-batterikabinetter fungerer under skiftende temperatur, fugtighed og vejforhold. Materialekvalifikationsprogrammet bør repræsentere det påtænkte køretøjsmarked.

Anbefalede evalueringer kan omfatte:

·  Høj- og lavtemperatureksponering

·  Termisk cykling

·  Ældning af temperatur og fugtighed

·  Vandoptagelse

·  Salt-spray eksponering

·  Kemisk nedsænkning

·  UV-eksponering for udvendigt synlige dele

·  Grus- og stenpåvirkning

·  Vibration efter miljømæssig ældning

·  Forseglingsydelse efter cykling

Materialet bør også vurderes sammen med belægninger, klæbemidler, pakninger, indsatser og fastgørelseselementer. Forskelle i termisk ekspansion mellem SMC og metalkomponenter kan påvirke fugebelastninger og tætningsevne.

6. Kontroller tykkelse, vridning og tætningsoverflader

Forsegling af batterikabinet er afgørende for at forhindre vand, støv og forurenende stoffer i at trænge ind i pakken. Store støbte dæksler skal bevare flangens fladhed og dimensionsnøjagtighed efter støbning og termisk cykling.

Designet skal undgå unødvendig tykkelsesvariation. Pludselige overgange kan skabe ujævnt flow, indre stress, synkemærker og vridning.

Nyttige designforanstaltninger omfatter:

·  Gradvise tykkelsesovergange

·  Balanceret rib arrangementer

·  Afrundede indvendige hjørner

·  Konsekvent flangegeometri

·  Korrekte trækvinkler

·  Kontrollerede ribbe-til-væg-forhold

·  Strategisk ladeplacering

·  Lokal snarere end overdreven samlet forstærkning

Pakningssystemet, boltafstanden og den tilladte flangeafbøjning skal defineres, før SMC-delen og formen færdiggøres.

SMC-udvælgelsestjekliste til EV-batterikabinetter

Almindelige SMC-udvælgelsesfejl

Adskillige fejl kan forsinke et EV-batteriindkapslingsprojekt:

1. Valg af materiale kun fra UL 94 V-0 data.
V-0 repræsenterer ikke hele scenariet for termisk løbsk eller køretøjsbrand.

2. Ignorerer den testede tykkelse.
En brændbarhedsvurdering eller dielektrisk værdi gælder muligvis ikke for en tyndere produktionsvæg.

3. Brug af kuponstyrke som den komplette strukturelle specifikation.
Fiberflow, ribber, svejselinjer og skær påvirker den faktiske komponentydelse.

4. Angivelse af maksimal styrke uden hensyntagen til skimmelstrøm.
En formulering skal fylde værktøjet pålideligt samt opfylde mekaniske krav.

5. Behandling af et SMC-dæksel som en drop-in-kopi af en metaldel.
Kompositdele kræver deres eget ribbe-, flange-, fastgørelses- og tykkelsesdesign.

6. Validering af materialet, men ikke det samlede kabinet.
Tætninger, samlinger, indsatser og grænseflader bestemmer ofte den endelige pakkeydelse.

Tilpassede SMC-løsninger fra JLON

JLON leverer tilpassede SMC-forbindelser  til elektriske, automobil- og transportapplikationer. Fordi EV-batterisystemer har forskellige indkapslingsarkitekturer og valideringsmål, bør SMC-formuleringen matches til det enkelte projekt i stedet for at vælges fra en enkelt generel karakter.

Tilgængelige udviklingsretninger inkluderer:

·  Flammehæmmende SMC 

·  Elektrisk isolering SMC 

·  Højstyrke glasfiber SMC 

·  Lavt krympende SMC 

·  Varmebestandig SMC 

·  Korrosionsbestandig SMC 

·  SMC til batteridæksler til elbiler 

·  SMC til batteribakker og beskyttelsespaneler 

·  SMC til højspændings elektriske kabinetter 

·  Specialfarvet automotive SMC 

For at anbefale en passende formulering gennemgår JLON normalt følgende information:

·  Deltegning eller 3D-model

·  Påtænkt anvendelse

·  Påkrævet brandstandard

·  Minimum produktionsvægtykkelse

·  Mål for mekaniske egenskaber

·  Krav til elektrisk ydeevne

·  Drifts- og spidstemperaturer

·  Kemiske eksponeringsforhold

·  Delens vægt og dimensioner

·  Presse og støbe information

·  Årlig efterspørgsel

·  Nødvendige testrapporter eller automotive godkendelser

Prototypestøbning og repræsentativ komponenttest anbefales kraftigt før produktionsgodkendelse.

Konklusion

At vælge SMC til et EV-batterikabinet  kræver mere end at sammenligne trækstyrke eller anmode om en generel flammehæmmende kvalitet. Materialet skal fungere som en del af et komplet system, der omfatter kabinetsgeometri, tætningsdesign, indsatser, kølesystem, batterimoduler og køretøjsstruktur.

Den bedste SMC-formulering bør give en praktisk balance mellem:

·  Flamme- og varmebestandighed

·  Mekanisk styrke og stivhed

·  Slag- og vibrationsholdbarhed

·  Elektrisk isolering

·  Korrosions- og kemikaliebestandighed

·  Dimensionsstabilitet

·  Pålidelig skimmelstrøm

·  Konkurrencedygtig produktionscyklustid

Det vigtigste er, at brand-, strukturelle og elektriske krav skal verificeres ved den tilsigtede vægtykkelse og derefter valideres på det færdige kabinet.

For et nyt EV-batterikabinet SMC-  projekt, kontakt JLON med din tegning, ydeevnekrav og støbningsbetingelser. Vores team kan hjælpe med at vurdere den nødvendige formulering og udarbejde en tilpasset SMC materialeløsning.