Kuidas valida SMC EV akukorpuste jaoks: leegikindlus, tugevus ja vormimisnõuded

Elektrisõidukite akude korpused peavad kaitsma akumooduleid tule, löökide, vibratsiooni, niiskuse, teeprahi ja elektriohtude eest. Samal ajal on sõidukitootjatel pidev surve kaalu vähendamiseks, osade konsolideerimiseks ja tootmise efektiivsuse parandamiseks.

Lehtvormimise segu, üldtuntud kui SMC , pakub tõhusat alternatiivi terasest, alumiiniumist ja termoplastist akukorpustele. Õige koostisega leegiaeglustav SMC  ühendab survevormitud komponendis mehaanilise tugevuse, elektriisolatsiooni, korrosioonikindluse ja disaini paindlikkuse.

Kuid mitte iga SMC koostis ei sobi elektrisõidukite aku jaoks. Materjal tuleb valida vastavalt korpuse konstruktsioonile, tuleohutuseesmärgile, koormustingimustele, töötemperatuurile, seina paksusele ja vormimisprotsessile.

Selles juhendis selgitatakse peamisi tegureid, mida insenerid ja ostumeeskonnad peaksid EV akukarpide jaoks SMC valimisel hindama.

Miks kasutada SMC-d EV akukorpuste jaoks?

EV aku korpus võib sisaldada ülemist katet, alumist alust, külgmisi kaitsekonstruktsioone, sisemisi vaheseinu, hoolduskatteid ja elektrilisi kaitsekomponente. Olenevalt konstruktsioonist saab SMC-d kasutada kogu korpuse jaoks või kombineerida alumiiniumist või terasest kandekonstruktsiooniga.

Võrreldes tavaliste metallidega, klaaskiuga tugevdatud SMC  pakub mitmeid eeliseid.

Elektriisolatsioon

SMC on oma olemuselt mittejuhtiv, kui see on õigesti formuleeritud. See võib aidata isoleerida kõrgepinge aku komponente ja vähendada elektrilise kontakti ohtu elementide, siinide, korpuse ja sõiduki kere vahel.

See on eriti väärtuslik pistikute, hoolduslülitite ja kõrgepingekomponentide puhul. ISO 6469-3 käsitleb kaitset elektrilöögi ja termiliste vahejuhtumite eest pingeklassi B ahelates, muutes elektriisolatsiooni oluliseks osaks sõiduki üldisest ohutusest.

Valmis korpus tuleb siiski tervikliku süsteemina valideerida. Hea dielektriline väärtus SMC andmelehel ei tõenda automaatselt, et kokkupandud aku vastab sõiduki taseme elektriohutusnõuetele.

Korrosiooni- ja kemikaalikindlus

Erinevalt terasest SMC ei roosteta. Kui vaigusüsteem on õigesti valitud, talub see kokkupuudet teesoola, niiskuse, pritsmevee ja paljude autovedelikega.

See võib vähendada sekundaarse korrosioonivastase töötluse vajadust. Samuti aitab see säilitada korpuse jõudlust kogu sõiduki kasutusea jooksul, eriti rannikualadel või turgudel, kus teesoola kasutatakse laialdaselt.

Keemilistes katsetes tuleks arvesse võtta tegelikke aineid, mida taotluses oodatakse, näiteks:

·  Jahutusvedeliku ja glükooli segud

·  Määrdeained ja hüdraulikavedelikud

·  Puhastusvahendid

·  Teesool

·  Aku elektrolüüt

·  Autokütused ja -õlid

Kaalu alandamine

SMC tihedus on üldiselt väiksem kui terasel. Tegelik kaalusääst sõltub koostisest, kiusisaldusest, detailide geomeetriast, ribidest, sisetükkidest ja sellest, kas SMC komponent asendab metallkatte või konstruktsioonialuse.

Otsesest materjalitiheduse võrdlusest ei piisa. Insenerid peaksid võrdlema terviklike, funktsionaalselt samaväärsete osade kaalu. SMC suurim eelis tuleneb sageli mitme stantsitud või keevitatud metallkomponendi kombineerimisest üheks vormitud detailiks.

Osade integreerimine

Survevormimine võimaldab korpusesse lisada ribisid, edeveid, tihendussooneid, paigaldusfunktsioone, kaablikäike ja kohalikku tugevdust.

See võib vähendada:

·  Eraldi komponentide arv

·  Keevitus- ja kinnitustööd

·  Kokkupanemise aeg

·  Mõõtmete erinevus ühendatud osade vahel

·  Võimalikud lekketeed

Osade integreerimine on eriti kasulik suurte akukatete ja keerukate kaitsepaneelide puhul.

Mõõtmete stabiilsus

Hästi läbimõeldud autotööstuse SMC koostis võib tagada madala kokkutõmbumise, stabiilsed mõõtmed ja ühtlase pinnakvaliteedi. Need omadused on olulised äärikute, kinnitusdetailide asukohtade ja suurte lamedate pindade tihendamiseks.

Kuna akuümbrised võivad olla märkimisväärselt suuremad kui standardsed elektrikorpused, tuleb vormivoolu ja tööriistade väljatöötamise ajal hinnata kõverust ja lokaalset paksuse varieerumist.

1. Määratlege tulekindluse nõue

Tulekahjukindlus on tavaliselt seadme valimisel esimene probleem EV aku korpus SMC.

Liitium-ioonaku õnnetused võivad ümbrise kokku puutuda leegi, kuuma gaasi, rõhu, sulaosakeste ja kiiresti tõusva temperatuuriga. Materjal peab aitama tule levikut edasi lükata ja säilitama piisavalt kaua kaitsebarjääri, et toetada akukomplekti ohutusstrateegiat.

UL 94 V-0 on materjali klassifikatsioon – mitte täielik akukaitse

UL 94 V-0 nõutakse sageli leegiaeglustavate plastide ja komposiitide jaoks. Selle katse käigus peab materjal lõpetama leekimise kindlaksmääratud piirides ega tohi eraldada leegitsevaid tilku, mis süütavad selle all oleva indikaatori.

Nõudlikumate rakenduste jaoks võivad kliendid kaaluda UL 94 5VA või 5VB. 5 V katses kasutatakse tugevamat kokkupuudet leegiga. Naastude testis ei võimalda 5VA läbipõlemist, samas kui 5VB võib lubada auku. UL kirjeldab UL 94 kui väikesemahuliste testide rühma, mis hindab materjali kalduvust pärast süttimist kustuda või leeki levitada.

Kriitilised on kaks kvalifikatsiooni:

1. UL 94 reiting on seotud testitud koostise ja proovi paksusega.

2. UL 94 ei reprodutseeri täielikku elektrisõidukite aku termilist väljavoolu.

SMC klassi V-0 3 mm kõrgusel ei tohiks automaatselt kirjeldada kui V-0 1,5 mm kõrgusel. Küsige alati katsearuannet või sertifikaati, kui paksus on võrdne tootmisseina paksusega või sellest väiksem.

Mõelge tulekahju täielikule stsenaariumile

Akuploki tootja peaks määratlema, kas SMC komponent peab vastu pidama:

·  Väline kütusetuli

·  Sisemine raku termiline põgenemine

·  Otsene leegi kokkupõrge

·  Kõrge temperatuuriga gaasijoad

·  Osakeste mõju

·  Kiirgussoojus

·  Paki sees tekkiv rõhk

·  Tule levik moodulite vahel

·  Läbipõlemine määratud aja jooksul

UNECE eeskiri nr 100 sisaldab ohutusnõudeid laetavatele elektrienergia salvestussüsteemidele, mis hõlmavad mehaanilisi, termilisi, elektrilisi ja keskkonnamõjusid. Selle nõuded kehtivad pigem REESSi ja sõidukisüsteemi kohta, mitte ühe korpuse materjali alusel nõuetele vastavuse tagamisel. UNECE R100 testimise ülevaade

SAE J2464 pakub samamoodi raamistikku laetavate energiasalvestussüsteemide väärkasutuse testimiseks tingimustes, mis jäävad väljapoole nende tavapärast töövahemikku.

Seetõttu ei tohiks SMC spetsifikatsioon piirduda 'leegiaeglustiga'. See peaks sisaldama kavandatud katsemeetodit, proovi paksust, kokkupuutetingimusi ja aktsepteerimiskriteeriume.

Peamised tulekahjuga seotud omadused nõudmisel

võrdlemisel Leegiaeglustavate SMC ühendite küsige saadaolevaid andmeid:

·  UL 94 klassifikatsioon ja testitud paksus

·  Piirav hapnikuindeks, kui see on kohaldatav

·  Horisontaalne ja vertikaalne põlemiskäitumine

·  Süüteaeg

·  Leegi levitamise käitumine

·  Suitsu tihedus

·  Mürgiste gaaside nõuded

·  Soojust vabastav jõudlus

·  Läbipõlemiskindlus

·  Mehaaniline kinnipidamine pärast kuumusega kokkupuudet

·  Soojusjuhtivus ja soojusülekanne

·  Maksimaalne lühiajaline kokkupuude temperatuuriga

Nõutav kombinatsioon sõltub sellest, kas SMC-d kasutatakse ülemise kattena, kerealuse aluse, sisemise tõkke või mittekonstruktsioonilise elektrikomponendina.

2. Määrake mehaaniline jõudlus koormusjuhtumi järgi

Akuümbris ei ole lihtsalt karp. Võimalik, et see peab kandma akumooduleid, taluma sõiduki vibratsiooni, kaitsma löökide eest ja säilitama oma tihenduspinna kogu sõiduki eluea jooksul.

Sel põhjusel ei piisa SMC valimisest ainult tõmbetugevuse põhjal.

Tõmbe- ja paindejõudlus

Tõmbetugevus näitab, kuidas materjal reageerib tõmbekoormustele, samas kui paindetugevus on eriti oluline laiade paneelide puhul, mis on painutatud.

Tehniline kirjeldus peaks sisaldama:

·  Tõmbetugevus ja tõmbemoodul

·  Paindetugevus ja paindemoodul

·  Murdepikenemine

·  Sälk ja sälguta löögitugevus

·  Vajadusel nihkejõudlus

Suure akukatte puhul võib jäikus olla olulisem kui ülim tõmbetugevus. Ebapiisav jäikus võib võimaldada paneelil kõrvale kalduda, mõjutades tihendi tihendit või luues kontakti sisemiste komponentidega.

Löögikindlus

Kerealused akukarbid võivad kokku puutuda kividega, maha kukkunud esemete, teeprahi ja kohalike läbitungimiskoormustega. Ülemised kaaned peavad vastu pidama ka hooldus- ja montaažikoormustele.

SMC koostis, klaaskiu pikkus, kiusisaldus ja vormitud kiu orientatsioon mõjutavad löögi käitumist. Lihtsa kupongitesti kõrge väärtusega hinne võib haavatavates piirkondades siiski vajada kohalikku tugevdamist.

Insenerid peaksid hindama vormitud komponenti tüüpilistes löögitingimustes, mitte tuginema ainult standardsetele materjalinäidistele.

Vibratsioon ja väsimus

EV akud kogevad pidevat vibratsiooni ja korduvat mehaanilist koormust. Võimalike rikete asukohad on järgmised:

·  Kinnitusavad

·  Metallist sisetükid

·  Teravad nurgad

·  Ribide ristumiskohad

·  Õhukesest paksuks üleminekud

·  Kinnituspunktid

·  Servad suurte avade ümber

Väsimusvõime sõltub materjali koostisest, vormimise kvaliteedist ja komponentide disainist. SMC tarnija peaks kriitilised valdkonnad üle vaatama koos vormidisaineri ja akupaki tootjaga.

Roomamis- ja kinnituskinnitus

Akukatted kinnitatakse sageli metallaluse külge. Pidevad klambrikoormused võivad polümeeripõhistes materjalides põhjustada roomamist või lokaalse pinge leevenemise.

Disain võib nõuda:

·  Suuremad koormuse jaotusalad

·  Metallist kokkusurumise piirajad

·  Sissevormitud vahetükid

·  Kontrollitud pingutusmoment

·  Lokaalne seinapaksus suureneb

·  Kinnituspunktide ümber tugevdus

Kavandatava sisetüki ja kinnitussüsteemiga tuleks läbi viia väljatõmbe-, pöördemomendi, lõdvestuse ja termilise tsükli katsed.

3. Kinnitage elektri- ja soojusnõuded

üks peamisi eeliseid SMC aku korpuse materjali  on selle tasakaal konstruktsiooni jõudluse ja elektriisolatsiooni vahel.

Asjakohased elektrilised omadused võivad hõlmata järgmist:

·  Dielektriline tugevus

·  Mahutakistus

·  Pinnatakistus

·  Võrdlev jälgimisindeks

·  Kaarekindlus

·  Isolatsioonikindlus pärast kokkupuudet niiskusega

Katseväärtused tuleks üle vaadata kavandatud paksuse juures ja pärast keskkonna konditsioneerimist. Niiskus, saastumine, kõrgem temperatuur ja vananemine võivad mõjutada elektrilist jõudlust.

Samuti tuleks hoolikalt määratleda soojusnõuded. SMC ei ole tavaliselt valitud nii, et see juhiks soojust rakkudest ära samamoodi nagu alumiinium. Kui korpus on osa soojusjuhtimissüsteemist, peab projekteerija arvestama materjali soojusjuhtivuse ja soojusülekande teekonnaga.

Mõne konstruktsiooni puhul on madal soojusjuhtivus kasulik, kuna see aeglustab soojusülekannet. Teistes riikides vajab aku kontrollitud soojuse hajumist spetsiaalsete jahutusplaatide kaudu. Seetõttu tuleb SMC valik kooskõlastada kogu soojusjuhtimise projektiga.

4. Sobitage SMC koostis vormimisprotsessiga

SMC on vormimiseks valmis materjal, mis koosneb peamiselt vaigust, hakitud klaaskiust, mineraalsetest täiteainetest, lisanditest ja paksendamissüsteemist. Tavaliselt on see survevormitud kuumuse ja rõhu all.

Õige koostis peab tagama nii valmisosa jõudluse kui ka stabiilse töötlemise.

Vaigu süsteem

SMC-s kasutatakse laialdaselt küllastumata polüestri ja vinüülestri süsteeme. Vaik mõjutab mehaanilist jõudlust, keemilist vastupidavust, kokkutõmbumist, termilist käitumist ja maksumust.

Tavalist elektrilist SMC-d ei tohiks EV-korpuse jaoks automaatselt kasutada. Koostist võib olla vaja kohandada:

·  Suurem löögikindlus

·  Parem leegikindlus

·  Madal kokkutõmbumine

·  Parem keemiline vastupidavus

·  Vähendatud tihedus

·  Suurem kuumakindlus

·  Madalad heitkogused

·  Nõuded autode pinnale

Klaaskiu sisaldus ja kiu pikkus

Suurem klaasisisaldus võib parandada tugevust ja jäikust, kuid see võib mõjutada ka voolavust, pinna välimust ja vormi täitumist.

Survevormimise ajal areneb kiudude orientatsioon, kuna SMC laeng voolab läbi õõnsuse. See võib eri suundades tekitada erinevaid omadusi. Seetõttu tuleks protsessi arendamise käigus hinnata laengu suurust, laadimisasendit ja voolukaugust.

Suure koormusega piirkondade puhul võib lokaalne tugevdus või hübriidstruktuur olla tõhusam kui lihtsalt klaasisisalduse suurendamine kogu osa ulatuses.

Hallituse vool

Suur elektrisõidukite akuümbris võib sisaldada ribisid, sügavaid sektsioone, tihenduskanaleid ja metallist sisestusi. SMC peab voolama piisavalt kaugele, et täita õõnsus ilma liigse kiudude eraldamise, keevitusliinide või õhu kinnijäämiseta.

Oluliste vormimismuutujate hulka kuuluvad:

·  Hallituse temperatuur

·  Vormimisrõhk

·  Laadi kaal

·  Laadimismuster ja katvus

·  Sulgemiskiirus

·  Kõvenemisaeg

·  Ventilatsioon

·  Osa paksus

·  Voolu kaugus

·  Sisestamisasend

Hinnet tuleks võimaluse korral katsetada representatiivse geomeetria abil.

Tööriistade ja pressi maht

Suurte akukatete jaoks on vaja piisava plaadi suuruse, päevavalguse, sulgemisjuhtimise ja tonnaažiga pressi. Nõutav survejõud sõltub detaili kavandatud pindalast ja vormimisrõhust – mitte ainult detaili kaalust.

Tööriistad peaksid käsitlema:

·  Ühtlane küte

·  Õhu evakueerimine

·  Välgu juhtimine

·  Täpsed tihendusääriku mõõtmed

·  Lammutamine

·  Sisestage positsioneerimine

·  Kohalik rõhujaotus

Vormivoolu simuleerimine ja varajane tootmise ülevaatus võivad ära hoida kulukaid muudatusi pärast tootmistööriista valmimist.

Tsükliaeg ja kõvenemine

SMC peab kõvenema ühtlaselt nii paksude kui ka õhukeste osade lõikes. Ebapiisav kõvenemine võib vähendada kuumakindlust, tugevust ja mõõtmete stabiilsust. Liigne kõvenemisaeg aga vähendab tootmise efektiivsust.

Tootmiskatsed peaksid kinnitama:

·  Minimaalne stabiilne kõvenemisaeg

·  Südamiku ja pinna kõvenemine

·  Lammutav käitumine

·  Vormijärgne mõõtmete muutus

·  Väändumine

·  Pinnadefektid

·  Mehaaniline-omaduslik järjepidevus

5. Hinnake keskkonna vastupidavust

EV akude korpused töötavad muutuvate temperatuuride, niiskuse ja teeolude korral. Materjalide kvalifitseerimise programm peaks esindama kavandatavat sõidukiturgu.

Soovitatavad hinnangud võivad hõlmata järgmist:

·  Kokkupuude kõrge ja madala temperatuuriga

·  Termorattasõit

·  Temperatuuri ja niiskuse tõttu vananemine

·  Veeimavus

·  Soolapihustus

·  Keemiline sukeldamine

·  UV-kiirgus väliselt nähtavatele osadele

·  Kruusa ja kivi kokkupõrge

·  Vibratsioon pärast keskkonna vananemist

·  Tihendi jõudlus pärast jalgrattasõitu

Materjali tuleks hinnata ka koos katete, liimide, tihendite, vahetükkide ja kinnitusdetailidega. SMC ja metallkomponentide soojuspaisumise erinevused võivad mõjutada vuukide koormust ja tihendusvõimet.

6. Kontrollige paksust, kõverdumist ja tihenduspindu

Aku korpuse tihendus on oluline, et vältida vee, tolmu ja saasteainete sattumist pakki. Suured vormitud katted peavad pärast vormimist ja termotsüklit säilitama ääriku tasasuse ja mõõtmete täpsuse.

Disain peaks vältima tarbetut paksuse kõikumist. Järsud üleminekud võivad tekitada ebaühtlase voolu, sisemise pinge, vajumise jäljed ja kõveruse.

Kasulikud disainimeetmed hõlmavad järgmist:

·  Järkjärgulised paksuse üleminekud

·  Tasakaalustatud ribide paigutus

·  Ümardatud sisenurgad

·  Ühtlane ääriku geomeetria

·  Õiged tõmbenurgad

·  Kontrollitud ribide ja seina vahekord

·  Strateegiline laengu paigutus

·  Pigem kohalik kui ülemäärane üldine tugevdamine

Tihendisüsteem, poltide vahekaugus ja ääriku lubatud läbipaine tuleks määratleda enne SMC osa ja vormi lõplikku valmistamist.

SMC valiku kontrollnimekiri EV akuümbriste jaoks

Levinud SMC valikuvead

Mitmed vead võivad EV aku korpuse projekti edasi lükata:

1. Materjali valimine ainult UL 94 V-0 andmetest.
V-0 ei esinda kogu termiliselt põgenevat või sõiduki tulekahju stsenaariumi.

2. Testitud paksuse ignoreerimine.
Õhema tootmisseina puhul ei pruugi süttimismäär või dielektriline väärtus kehtida.

3. Kupongi tugevuse kasutamine täieliku konstruktsiooni spetsifikatsioonina.
Kiuvool, ribid, keevitusliinid ja sisetükid mõjutavad komponentide tegelikku jõudlust.

4. Maksimaalse tugevuse määramine ilma hallituse voolamist arvesse võtmata.
Koostis peab täitma tööriista usaldusväärselt ja vastama mehaanilistele nõuetele.

5. SMC kaane käsitlemine metallosa tilkuva koopiana.
Komposiitdetailid nõuavad oma ribi, äärikut, kinnitust ja paksust.

6. Materjali, kuid mitte kokkupandud korpuse valideerimine.
Tihendid, liitmikud, vahetükid ja liidesed määravad sageli pakendi lõpliku jõudluse.

Kohandatud SMC lahendused JLONilt

JLON tarnib kohandatud SMC-ühendeid  elektri-, auto- ja transpordirakenduste jaoks. Kuna elektrisõidukite akusüsteemidel on erinevad korpuse arhitektuurid ja valideerimise eesmärgid, tuleks SMC koostis sobitada konkreetse projektiga, mitte valida ühest üldotstarbelisest klassist.

Saadaolevad arendussuunad hõlmavad järgmist:

·  Leegiaeglustav SMC 

·  Elektriisolatsioon SMC 

·  Kõrgtugevast klaaskiust SMC 

·  Vähekahanev SMC 

·  Kuumakindel SMC 

·  Korrosioonikindel SMC 

·  SMC EV akukatete jaoks 

·  SMC akualustele ja kaitsepaneelidele 

·  SMC kõrgepinge elektrikarpide jaoks 

·  Kohandatud värvi autotööstuse SMC 

Sobiva koostise soovitamiseks vaatab JLON tavaliselt üle järgmise teabe:

·  Osajoonis või 3D mudel

·  Kavandatud rakendus

·  Nõutav tulestandard

·  Minimaalne tootmisseina paksus

·  Mehaanilised-omaduslikud sihtmärgid

·  Elektrilise jõudluse nõuded

·  Töö- ja tipptemperatuurid

·  Kemikaalide kokkupuute tingimused

·  Osa kaal ja mõõtmed

·  Pressi- ja vormiinfo

·  Aastane nõudlus

·  Nõutavad katsearuanded või autotööstuse kinnitused

Prototüübi vormimine ja tüüpiliste komponentide testimine on tungivalt soovitatav enne tootmise heakskiitmist.

Järeldus

Valimine EV aku korpuse SMC  nõuab enamat kui tõmbetugevuse võrdlemist või üldise leegiaeglustaja klassi taotlemist. Materjal peab töötama tervikliku süsteemi osana, mis hõlmab korpuse geomeetriat, tihenduskonstruktsiooni, sisestusi, jahutussüsteemi, akumooduleid ja sõiduki konstruktsiooni.

Parim SMC koostis peaks tagama praktilise tasakaalu:

·  Leegi- ja kuumakindlus

·  Mehaaniline tugevus ja jäikus

·  Löögi- ja vibratsioonikindlus

·  Elektriisolatsioon

·  Korrosiooni- ja kemikaalikindlus

·  Mõõtmete stabiilsus

·  Usaldusväärne hallituse vool

·  Konkurentsivõimeline tootmistsükli aeg

Kõige tähtsam on see, et tulekahju, konstruktsiooni ja elektriga seotud väiteid tuleks kontrollida ettenähtud seinapaksuse juures ja seejärel kinnitada valmis korpusel.

Uue EV akuümbrise SMC  projekti jaoks võtke ühendust JLONiga oma joonise, jõudlusnõuete ja vormimistingimustega. Meie meeskond aitab hinnata vajalikku koostist ja koostada kohandatud SMC materjalilahenduse.