Cara Memilih SMC untuk Penutup Baterai EV: Ketahanan Api, Kekuatan, dan Persyaratan Cetakan

Penutup baterai kendaraan listrik harus melindungi modul baterai dari kebakaran, benturan, getaran, kelembapan, serpihan jalan, dan bahaya listrik. Pada saat yang sama, produsen kendaraan berada di bawah tekanan konstan untuk mengurangi bobot, mengkonsolidasikan suku cadang, dan meningkatkan efisiensi produksi.

Senyawa cetakan lembaran, umumnya dikenal sebagai SMC , menawarkan alternatif efektif untuk rumah baterai baja, aluminium, dan termoplastik. yang diformulasikan dengan baik SMC tahan api  menggabungkan kekuatan mekanik, isolasi listrik, ketahanan korosi dan fleksibilitas desain dalam komponen cetakan kompresi.

Namun, tidak semua formulasi SMC cocok untuk wadah baterai EV. Bahan harus dipilih sesuai dengan desain selungkup, target keselamatan kebakaran, kondisi beban, suhu pengoperasian, ketebalan dinding dan proses pencetakan.

Panduan ini menjelaskan faktor utama yang harus dievaluasi oleh teknisi dan tim pembelian saat memilih SMC untuk penutup baterai EV.

Mengapa Menggunakan SMC untuk Penutup Baterai EV?

Penutup baterai EV dapat mencakup penutup atas, baki bawah, struktur pelindung samping, partisi internal, penutup servis, dan komponen pelindung listrik. Tergantung pada desainnya, SMC dapat digunakan untuk seluruh housing atau dikombinasikan dengan struktur pendukung aluminium atau baja.

Dibandingkan dengan logam konvensional, SMC yang diperkuat serat kaca  memberikan beberapa keunggulan.

Isolasi listrik

SMC secara inheren bersifat non-konduktif bila diformulasikan dengan benar. Ini dapat membantu mengisolasi komponen baterai bertegangan tinggi dan mengurangi risiko kontak listrik antara sel, busbar, penutup, dan badan kendaraan.

Hal ini sangat berguna khususnya pada konektor, pemutusan servis, dan komponen tegangan tinggi. ISO 6469-3 membahas perlindungan terhadap sengatan listrik dan insiden termal di sirkuit tegangan kelas B, menjadikan isolasi listrik sebagai bagian penting dari keselamatan kendaraan secara keseluruhan.

Namun, enklosur yang telah selesai masih harus divalidasi sebagai sistem yang lengkap. Nilai dielektrik yang baik dalam lembar data SMC tidak secara otomatis membuktikan bahwa paket baterai yang dirakit memenuhi persyaratan keselamatan kelistrikan tingkat kendaraan.

Ketahanan terhadap korosi dan bahan kimia

Berbeda dengan baja, SMC tidak berkarat. Dapat menahan paparan garam jalan, kelembapan, percikan air, dan banyak cairan otomotif jika sistem resin dipilih dengan benar.

Hal ini dapat mengurangi kebutuhan akan perawatan anti korosi sekunder. Hal ini juga membantu menjaga kinerja enclosure selama masa pakai kendaraan, khususnya di wilayah pesisir atau pasar di mana garam jalan raya banyak digunakan.

Pengujian kimia harus mempertimbangkan zat sebenarnya yang diharapkan dalam penerapannya, seperti:

·  Campuran pendingin dan glikol

·  Pelumas dan cairan hidrolik

·  Agen pembersih

·  Garam jalan

·  Elektrolit baterai

·  Bahan bakar dan oli otomotif

Pengurangan berat badan

SMC umumnya memiliki kepadatan yang lebih rendah dibandingkan baja. Penghematan berat sebenarnya bergantung pada formulasi, kandungan serat, geometri bagian, rusuk, sisipan, dan apakah komponen SMC menggantikan penutup logam atau baki struktural.

Perbandingan kepadatan material secara langsung tidaklah cukup. Insinyur harus membandingkan berat bagian-bagian yang lengkap dan setara secara fungsional. Keuntungan terbesar SMC sering kali berasal dari penggabungan beberapa komponen logam yang dicap atau dilas menjadi satu bagian cetakan.

Integrasi bagian

Cetakan kompresi memungkinkan rusuk, bos, alur penyegelan, fitur pemasangan, jalur kabel, dan penguatan lokal untuk dimasukkan ke dalam selungkup.

Hal ini dapat mengurangi:

·  Jumlah komponen yang terpisah

·  Operasi pengelasan dan pengikatan

·  Waktu perakitan

·  Variasi dimensi antar bagian yang disambung

·  Potensi jalur kebocoran

Integrasi bagian sangat berguna untuk penutup baterai besar dan panel pelindung yang rumit.

Stabilitas dimensi

Formulasi SMC otomotif yang dirancang dengan baik dapat memberikan penyusutan yang rendah, dimensi yang stabil, dan kualitas permukaan yang konsisten. Properti ini penting untuk menyegel flensa, posisi pengikat, dan permukaan datar yang besar.

Karena selungkup baterai mungkin jauh lebih besar daripada selungkup listrik standar, lengkungan dan variasi ketebalan lokal harus dievaluasi selama aliran cetakan dan pengembangan perkakas.

1. Tentukan Persyaratan Tahan Api

Performa api biasanya menjadi perhatian pertama saat memilih SMC penutup baterai EV.

Insiden baterai lithium-ion dapat membuat casing terkena api, gas panas, tekanan, partikel cair, dan suhu yang meningkat dengan cepat. Bahan tersebut harus membantu menunda penyebaran api dan mempertahankan penghalang pelindung dalam jangka waktu yang cukup lama untuk mendukung strategi keselamatan paket baterai.

UL 94 V-0 adalah klasifikasi material—bukan perlindungan baterai lengkap

UL 94 V-0 sering diminta untuk plastik dan komposit tahan api. Dalam pengujian ini, suatu bahan harus berhenti menyala dalam batas yang ditentukan dan tidak boleh mengeluarkan tetesan api yang dapat menyalakan indikator di bawahnya.

Untuk aplikasi yang lebih menuntut, pelanggan dapat mempertimbangkan UL 94 5VA atau 5VB. Tes 5V menggunakan paparan api yang lebih parah. Dalam uji plak, 5VA tidak memungkinkan terjadinya burn-through, sedangkan 5VB memungkinkan adanya lubang. UL menggambarkan UL 94 sebagai sekelompok pengujian skala kecil yang menilai kecenderungan material untuk memadamkan atau menyebarkan api setelah penyalaan.

Dua kualifikasi sangat penting:

1. Peringkat UL 94 dihubungkan dengan formulasi yang diuji dan ketebalan spesimen.

2. UL 94 tidak mereproduksi peristiwa pelarian termal baterai EV secara lengkap.

Nilai SMC dengan nilai V-0 pada 3 mm tidak secara otomatis digambarkan sebagai V-0 pada 1,5 mm. Selalu minta laporan pengujian atau sertifikasi untuk ketebalan yang sama dengan atau di bawah ketebalan dinding produksi.

Pertimbangkan skenario kebakaran secara lengkap

Pabrikan baterai harus menentukan apakah komponen SMC harus tahan:

·  Kebakaran bahan bakar eksternal

·  Pelarian termal sel internal

·  Pukulan api langsung

·  Jet gas suhu tinggi

·  Dampak partikel

·  Panas yang terpancar

·  Tekanan yang dihasilkan di dalam kemasan

·  Perambatan api antar modul

·  Burn-through untuk jangka waktu tertentu

Peraturan UNECE No. 100 mencakup persyaratan keselamatan untuk sistem penyimpanan energi listrik yang dapat diisi ulang, yang mencakup tekanan mekanis, termal, listrik, dan lingkungan. Persyaratannya berlaku untuk REESS dan sistem kendaraan daripada memberikan kepatuhan berdasarkan satu material rumah. Ikhtisar pengujian UNECE R100

SAE J2464 juga memberikan kerangka kerja untuk pengujian penyalahgunaan sistem penyimpanan energi yang dapat diisi ulang dalam kondisi di luar jangkauan operasi normalnya.

Oleh karena itu, spesifikasi SMC tidak boleh berhenti pada 'tahan api.' Spesifikasi tersebut harus mencakup metode pengujian yang diinginkan, ketebalan spesimen, kondisi pemaparan, dan kriteria penerimaan.

Properti utama terkait kebakaran yang akan diminta

Saat membandingkan senyawa SMC tahan api , mintalah data yang tersedia untuk:

·  Klasifikasi UL 94 dan ketebalan yang diuji

·  Membatasi indeks oksigen, jika ada

·  Perilaku pembakaran horizontal dan vertikal

·  Waktu penyalaan

·  Perilaku penyebaran api

·  Kepadatan asap

·  Persyaratan gas beracun

·  Kinerja pelepasan panas

·  Resistensi terhadap pembakaran

·  Retensi mekanis setelah paparan panas

·  Konduktivitas termal dan perpindahan panas

·  Paparan suhu jangka pendek maksimum

Kombinasi yang diperlukan bergantung pada apakah SMC digunakan sebagai penutup atas, baki bagian bawah bodi mobil, penghalang internal, atau komponen kelistrikan non-struktural.

2. Tentukan Kinerja Mekanis berdasarkan Kasus Beban

Penutup baterai bukan sekadar sebuah kotak. Mungkin perlu untuk membawa modul baterai, menahan getaran kendaraan, melindungi dari benturan dan menjaga permukaan penyegelannya sepanjang masa pakai kendaraan.

Oleh karena itu, pemilihan SMC hanya berdasarkan kekuatan tarik saja tidak cukup.

Kinerja tarik dan lentur

Kekuatan tarik menunjukkan bagaimana material merespons beban tarikan, sedangkan kekuatan lentur khususnya relevan pada panel lebar yang mengalami pembengkokan.

Spesifikasi teknis harus mencakup:

·  Kekuatan tarik dan modulus tarik

·  Kekuatan lentur dan modulus lentur

·  Perpanjangan saat putus

·  Kekuatan tumbukan berlekuk dan tidak berlekuk

·  Kinerja geser jika memungkinkan

Untuk penutup baterai yang besar, kekakuan mungkin lebih penting daripada kekuatan tarik utama. Kekakuan yang tidak memadai dapat menyebabkan panel menyimpang, mempengaruhi segel paking atau menyebabkan kontak dengan komponen internal.

Resistensi dampak

Penutup baterai bagian bawah bodi mobil dapat terkena benturan batu, benda terjatuh, puing-puing jalan, dan beban penetrasi lokal. Penutup atas mungkin juga perlu menahan beban servis dan perakitan.

Formulasi SMC, panjang serat kaca, kandungan serat dan orientasi serat cetakan semuanya mempengaruhi perilaku benturan. Nilai yang bernilai tinggi dari uji kupon sederhana mungkin masih memerlukan penguatan lokal di area yang rentan.

Insinyur harus mengevaluasi komponen cetakan dalam kondisi benturan yang representatif daripada hanya mengandalkan spesimen material standar.

Getaran dan kelelahan

Paket baterai EV mengalami getaran terus menerus dan pemuatan mekanis berulang. Lokasi potensi kegagalan meliputi:

·  Lubang pengikat

·  Sisipan logam

·  Sudut tajam

·  Persimpangan tulang rusuk

·  Transisi tipis ke tebal

·  Titik pemasangan

·  Tepi di sekitar bukaan besar

Performa kelelahan bergantung pada formulasi material, kualitas cetakan, dan desain komponen. Pemasok SMC harus meninjau area kritis bersama dengan perancang cetakan dan produsen baterai.

Retensi merayap dan pengikat

Penutup baterai sering kali dibaut ke baki logam. Beban penjepit yang berkelanjutan dapat menyebabkan mulur atau relaksasi tegangan lokal pada material berbasis polimer.

Desainnya mungkin memerlukan:

·  Area distribusi beban yang lebih besar

·  Pembatas kompresi logam

·  Sisipan yang dibentuk

·  Torsi pengencangan terkendali

·  Ketebalan dinding lokal meningkat

·  Penguatan di sekitar titik pemasangan

Uji tarik keluar, torsi, relaksasi, dan siklus termal harus dilakukan pada sistem sisipan dan pengikat yang diusulkan.

3. Konfirmasikan Persyaratan Listrik dan Termal

Salah satu keunggulan utama material rumah baterai SMC  adalah keseimbangan antara kinerja struktural dan isolasi listrik.

Sifat listrik yang relevan mungkin termasuk:

·  Kekuatan dielektrik

·  Resistivitas volume

·  Resistivitas permukaan

·  Indeks pelacakan komparatif

·  Resistensi busur

·  Resistensi isolasi setelah paparan kelembaban

Nilai pengujian harus ditinjau pada ketebalan yang diinginkan dan setelah pengkondisian lingkungan. Kelembapan, kontaminasi, suhu tinggi dan penuaan dapat mempengaruhi kinerja listrik.

Persyaratan termal juga harus ditentukan dengan hati-hati. SMC biasanya tidak dipilih untuk menghantarkan panas keluar dari sel dengan cara yang sama seperti aluminium. Jika selungkup merupakan bagian dari sistem manajemen termal, perancang harus mempertimbangkan konduktivitas termal material dan jalur perpindahan panas.

Dalam beberapa desain, konduktivitas termal yang rendah bermanfaat karena memperlambat perpindahan panas. Di negara lain, baterai memerlukan pembuangan panas yang terkontrol melalui pelat pendingin khusus. Oleh karena itu, pemilihan SMC harus dikoordinasikan dengan desain manajemen termal yang lengkap.

4. Cocokkan Formulasi SMC dengan Proses Pencetakan

SMC adalah bahan siap cetakan yang sebagian besar terdiri dari resin, serat kaca cincang, pengisi mineral, aditif dan sistem pengental. Biasanya kompresi dibentuk di bawah panas dan tekanan.

Formulasi yang benar harus memberikan kinerja bagian akhir dan pemrosesan yang stabil.

Sistem resin

Sistem poliester tak jenuh dan vinil ester banyak digunakan di SMC. Resin mempengaruhi kinerja mekanik, ketahanan kimia, penyusutan, perilaku termal dan biaya.

SMC tingkat kelistrikan standar tidak boleh secara otomatis digunakan untuk penutup EV. Formulasinya mungkin perlu disesuaikan untuk:

·  Resistensi dampak yang lebih tinggi

·  Peningkatan ketahanan api

·  Penyusutan rendah

·  Ketahanan kimia yang lebih baik

·  Mengurangi kepadatan

·  Ketahanan panas yang lebih tinggi

·  Emisi rendah

·  Persyaratan permukaan otomotif

Kandungan serat kaca dan panjang serat

Kandungan kaca yang lebih tinggi dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan, namun juga dapat mempengaruhi aliran, tampilan permukaan, dan pengisian cetakan.

Selama pencetakan kompresi, orientasi serat berkembang ketika muatan SMC mengalir melalui rongga. Hal ini dapat menghasilkan sifat yang berbeda dalam arah yang berbeda. Oleh karena itu, ukuran muatan, posisi muatan, dan jarak aliran harus dievaluasi selama pengembangan proses.

Untuk area dengan beban tinggi, perkuatan lokal atau struktur hibrida mungkin lebih efektif daripada sekadar meningkatkan kandungan kaca di seluruh bagian.

Aliran cetakan

Penutup baterai EV yang besar mungkin berisi rusuk, bagian dalam, saluran penyegel, dan sisipan logam. SMC harus mengalir cukup jauh untuk mengisi rongga tanpa pemisahan serat yang berlebihan, garis las, atau udara yang terperangkap.

Variabel pencetakan yang penting meliputi:

·  Suhu cetakan

·  Tekanan cetakan

·  Mengisi beban

·  Pola dan cakupan pengisian daya

·  Kecepatan penutupan

·  Waktu penyembuhan

·  Ventilasi

·  Ketebalan bagian

·  Jarak aliran

·  Masukkan posisi

Nilai tersebut harus diuji coba menggunakan geometri yang representatif jika memungkinkan.

Kapasitas perkakas dan pengepresan

Penutup baterai yang besar memerlukan mesin press dengan ukuran pelat, cahaya matahari, kontrol penutupan, dan tonase yang memadai. Gaya tekan yang diperlukan bergantung pada luas bagian yang diproyeksikan dan tekanan cetakan—tidak hanya berat bagian.

Perkakas harus mengatasi:

·  Pemanasan seragam

·  Evakuasi udara

·  Kontrol lampu kilat

·  Dimensi flensa penyegelan yang akurat

·  Pembongkaran

·  Masukkan posisi

·  Distribusi tekanan lokal

Simulasi aliran cetakan dan tinjauan manufaktur awal dapat mencegah modifikasi yang mahal setelah alat produksi selesai dibuat.

Waktu siklus dan penyembuhan

SMC harus menyembuhkan secara konsisten pada bagian yang tebal dan tipis. Perawatan yang tidak memadai dapat mengurangi ketahanan terhadap panas, kekuatan dan stabilitas dimensi. Namun, waktu pengeringan yang berlebihan akan menurunkan efisiensi produksi.

Uji coba produksi harus mengkonfirmasi:

·  Waktu penyembuhan minimum yang stabil

·  Penyembuhan inti dan permukaan

·  Perilaku demolding

·  Perubahan dimensi pasca cetakan

·  Melengkung

·  Cacat permukaan

·  Konsistensi sifat mekanis

5. Mengevaluasi Ketahanan Lingkungan

Penutup baterai EV beroperasi dalam perubahan suhu, kelembapan, dan kondisi jalan. Program kualifikasi material harus mewakili pasar kendaraan yang dituju.

Evaluasi yang direkomendasikan mungkin mencakup:

·  Paparan suhu tinggi dan rendah

·  Siklus termal

·  Penuaan suhu dan kelembaban

·  Penyerapan air

·  Paparan semprotan garam

·  Perendaman kimia

·  Paparan sinar UV untuk bagian yang terlihat secara eksternal

·  Dampak kerikil dan batu

·  Getaran setelah penuaan lingkungan

·  Segel kinerja setelah bersepeda

Bahan tersebut juga harus dievaluasi bersama dengan pelapis, perekat, gasket, sisipan dan pengencang. Perbedaan ekspansi termal antara SMC dan komponen logam dapat mempengaruhi beban sambungan dan kinerja penyegelan.

6. Kontrol Ketebalan, Lengkungan dan Permukaan Penyegelan

Penyegelan penutup baterai sangat penting untuk mencegah masuknya air, debu, dan kontaminan ke dalam kemasannya. Penutup cetakan yang besar harus menjaga kerataan flensa dan keakuratan dimensi setelah pencetakan dan siklus termal.

Desainnya harus menghindari variasi ketebalan yang tidak perlu. Transisi yang tiba-tiba dapat menimbulkan aliran yang tidak merata, tekanan internal, tanda tenggelam, dan lengkungan.

Langkah-langkah desain yang berguna meliputi:

·  Transisi ketebalan bertahap

·  Susunan tulang rusuk yang seimbang

·  Sudut dalam membulat

·  Geometri flensa yang konsisten

·  Sudut draf yang tepat

·  Rasio rib-to-wall yang terkontrol

·  Penempatan biaya yang strategis

·  Penguatan keseluruhan secara lokal dan bukannya berlebihan

Sistem paking, jarak baut, dan defleksi flensa yang diijinkan harus ditentukan sebelum bagian SMC dan cetakan diselesaikan.

Daftar Periksa Pemilihan SMC untuk Penutup Baterai EV

Kesalahan Umum Seleksi SMC

Beberapa kesalahan dapat menunda proyek penutupan baterai EV:

1. Memilih material hanya dari data UL 94 V-0.
V-0 tidak mewakili keseluruhan skenario pelarian termal atau kebakaran kendaraan.

2. Mengabaikan ketebalan yang diuji.
Nilai mudah terbakar atau nilai dielektrik mungkin tidak berlaku untuk dinding produksi yang lebih tipis.

3. Menggunakan kekuatan kupon sebagai spesifikasi struktural yang lengkap.
Aliran serat, rusuk, garis las, dan sisipan memengaruhi kinerja komponen sebenarnya.

4. Menentukan kekuatan maksimum tanpa mempertimbangkan aliran cetakan.
Formulasi harus mengisi alat dengan andal serta memenuhi persyaratan mekanis.

5. Memperlakukan sampul SMC sebagai salinan bagian logam.
Bagian komposit memerlukan desain rusuk, flensa, pengikat, dan ketebalannya sendiri.

6. Memvalidasi materi tetapi tidak memvalidasi penutup yang dirakit.
Segel, sambungan, sisipan, dan antarmuka sering kali menentukan kinerja paket akhir.

Solusi SMC Kustom dari JLON

JLON memasok kompon SMC khusus  untuk aplikasi kelistrikan, otomotif, dan transportasi. Karena sistem baterai EV memiliki arsitektur enclosure dan target validasi yang berbeda, formulasi SMC harus disesuaikan dengan masing-masing proyek, bukan dipilih dari satu kelas tujuan umum.

Arah pengembangan yang tersedia meliputi:

·  SMC tahan api 

·  Isolasi listrik SMC 

·  SMC serat kaca berkekuatan tinggi 

·  SMC penyusutan rendah 

·  SMC tahan panas 

·  SMC tahan korosi 

·  SMC untuk penutup baterai EV 

·  SMC untuk baki baterai dan panel pelindung 

·  SMC untuk selungkup listrik tegangan tinggi 

·  SMC otomotif dengan warna khusus 

Untuk merekomendasikan formulasi yang sesuai, JLON biasanya meninjau informasi berikut:

·  Gambar bagian atau model 3D

·  Aplikasi yang dimaksudkan

·  Standar kebakaran yang diperlukan

·  Ketebalan dinding produksi minimum

·  Target properti mekanis

·  Persyaratan kinerja kelistrikan

·  Suhu pengoperasian dan puncak

·  Kondisi paparan bahan kimia

·  Bagian berat dan dimensi

·  Tekan dan cetak informasi

·  Permintaan tahunan

·  Laporan pengujian atau persetujuan otomotif yang diperlukan

Pencetakan prototipe dan pengujian komponen yang representatif sangat disarankan sebelum persetujuan produksi.

Kesimpulan

Memilih SMC untuk penutup baterai EV  memerlukan lebih dari sekadar membandingkan kekuatan tarik atau meminta tingkat tahan api secara umum. Material tersebut harus berfungsi sebagai bagian dari sistem lengkap yang mencakup geometri penutup, desain penyegelan, sisipan, sistem pendingin, modul baterai, dan struktur kendaraan.

Formulasi SMC terbaik harus memberikan keseimbangan praktis antara:

·  Tahan api dan panas

·  Kekuatan dan kekakuan mekanik

·  Daya tahan benturan dan getaran

·  Isolasi listrik

·  Ketahanan terhadap korosi dan bahan kimia

·  Stabilitas dimensi

·  Aliran cetakan yang andal

·  Waktu siklus produksi yang kompetitif

Yang paling penting, klaim kebakaran, struktural dan listrik harus diverifikasi pada ketebalan dinding yang diinginkan dan kemudian divalidasi pada selungkup yang sudah jadi.

Untuk proyek baru SMC penutup baterai EV  , hubungi JLON dengan gambar, persyaratan kinerja, dan kondisi pencetakan Anda. Tim kami dapat membantu menilai formulasi yang diperlukan dan menyiapkan solusi material SMC yang disesuaikan.