EV 배터리 인클로저용 SMC 선택 방법: 난연성, 강도 및 성형 요구 사항

전기 자동차 배터리 인클로저는 화재, 충격, 진동, 습기, 도로 잔해 및 전기 위험으로부터 배터리 모듈을 보호해야 합니다. 동시에 자동차 제조업체는 무게를 줄이고 부품을 통합하며 생산 효율성을 향상시켜야 한다는 지속적인 압력을 받고 있습니다.

일반적으로 다음과 같이 알려진 시트 성형 화합물 SMC 는 강철, 알루미늄 및 열가소성 배터리 하우징에 대한 효과적인 대안을 제공합니다. 적절하게 구성된 난연성 SMC는  압축 성형 부품에 기계적 강도, 전기 절연성, 내부식성 및 설계 유연성을 결합합니다.

그러나 모든 SMC 공식이 EV 배터리 인클로저에 적합한 것은 아닙니다. 재질은 인클로저 설계, 화재 안전 목표, 부하 조건, 작동 온도, 벽 두께 및 성형 공정에 따라 선택해야 합니다.

이 가이드에서는 엔지니어와 구매팀이 선택할 때 평가해야 하는 주요 요소를 설명합니다. EV 배터리 인클로저용 SMC를 .

EV 배터리 인클로저에 SMC를 사용하는 이유는 무엇입니까?

EV 배터리 인클로저에는 상부 커버, 하부 트레이, 측면 보호 구조, 내부 파티션, 서비스 커버 및 전기 보호 구성 요소가 포함될 수 있습니다. 설계에 따라 SMC는 전체 하우징에 사용되거나 알루미늄 또는 강철 지지 구조와 결합될 수 있습니다.

기존 금속에 비해 유리섬유 강화 SMC는  여러 가지 장점을 제공합니다.

전기 절연

SMC는 적절하게 제조되면 본질적으로 비전도성입니다. 이는 고전압 배터리 구성요소를 분리하고 셀, 부스바, 인클로저 및 차체 사이의 전기 접촉 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

이는 커넥터, 서비스 차단 및 고전압 구성 요소 주변에서 특히 중요합니다. ISO 6469-3은 전압 클래스 B 회로의 감전 및 열 사고로부터의 보호를 다루며 전기 절연을 전체 차량 안전의 중요한 부분으로 만듭니다.

그러나 완성된 엔클로저는 완전한 시스템으로 검증되어야 합니다. SMC 데이터시트의 우수한 유전율은 조립된 배터리 팩이 차량 수준의 전기 안전 요구 사항을 충족한다는 것을 자동으로 증명하지 않습니다.

부식 및 내화학성

강철과 달리 SMC는 녹슬지 않습니다. 수지 시스템을 올바르게 선택하면 도로 염분, 습기, 물 튀김 및 다양한 자동차 유체에 대한 노출을 견딜 수 있습니다.

이는 2차 부식 방지 처리의 필요성을 줄일 수 있습니다. 또한 특히 도로 소금이 널리 사용되는 해안 지역이나 시장에서 차량의 수명 동안 인클로저 성능을 유지하는 데 도움이 됩니다.

화학 시험에서는 다음과 같이 응용 분야에서 예상되는 실제 물질을 고려해야 합니다.

·  냉각수 및 글리콜 혼합물

·  윤활유 및 유압유

·  세척제

·  도로소금

·  배터리 전해액

·  자동차 연료 및 오일

체중 감소

SMC는 일반적으로 강철보다 밀도가 낮습니다. 실제 중량 절감은 공식, 섬유 함량, 부품 형상, 리브, 인서트 및 SMC 구성 요소가 금속 커버 또는 구조 트레이를 대체하는지 여부에 따라 달라집니다.

직접적인 재료 밀도 비교만으로는 충분하지 않습니다. 엔지니어는 기능적으로 완전히 동등한 부품의 무게를 비교해야 합니다. SMC의 가장 큰 장점은 여러 개의 스탬프 또는 용접된 금속 부품을 하나의 성형 부품으로 결합하는 것에서 비롯됩니다.

부품 통합

압축 성형을 통해 리브, 보스, 밀봉 홈, 장착 기능, 케이블 통로 및 국부 보강재를 인클로저에 통합할 수 있습니다.

이를 통해 다음을 줄일 수 있습니다.

·  개별 구성 요소의 수

·  용접 및 체결 작업

·  조립시간

·  접합된 부품 간의 치수 변화

·  잠재적인 누출 경로

부품 통합은 대형 배터리 커버와 복잡한 보호 패널에 특히 유용합니다.

치수 안정성

잘 설계된 자동차 SMC 제제는 낮은 수축률, 안정적인 치수 및 일관된 표면 품질을 제공할 수 있습니다. 이러한 특성은 씰링 플랜지, 패스너 위치 및 크고 평평한 표면에 중요합니다.

배터리 인클로저는 표준 전기 하우징보다 상당히 클 수 있으므로 금형 흐름 및 툴링 개발 중에 변형 및 국부적인 두께 변화를 평가해야 합니다.

1. 내화성 요구 사항 정의

일반적으로 화재 성능은 화재 성능을 선택할 때 가장 먼저 고려되는 사항입니다. EV 배터리 인클로저 SMC.

리튬 이온 배터리 사고로 인해 인클로저가 화염, 고온 가스, 압력, 용융 입자 및 급격한 온도 상승에 노출될 수 있습니다. 재료는 화재 확산을 지연시키고 배터리 팩의 안전 전략을 지원할 수 있을 만큼 오랫동안 보호 장벽을 유지하는 데 도움이 되어야 합니다.

UL 94 V-0은 재료 분류이므로 완전한 배터리 보호는 아닙니다.

UL 94 V-0은 난연성 플라스틱 및 복합재에 대해 자주 요구됩니다. 이 테스트에서 재료는 지정된 한계 내에서 화염을 멈춰야 하며 아래 표시기를 점화시키는 화염 방울을 방출해서는 안 됩니다.

보다 까다로운 애플리케이션의 경우 고객은 UL 94 5VA 또는 5VB를 고려할 수 있습니다. 5V 테스트에서는 더 심한 화염 노출을 사용합니다. 플라크 테스트에서 5VA는 번스루(burn-through)를 허용하지 않는 반면, 5VB는 구멍을 허용할 수 있습니다. UL은 UL 94를 점화 후 불꽃이 꺼지거나 확산되는 재료의 경향을 평가하는 소규모 테스트 그룹으로 설명합니다.

두 가지 자격이 중요합니다.

1. UL 94 등급은 테스트된 제제 및 시편 두께와 연결됩니다.

2. UL 94는 전체 EV 배터리 열폭주 이벤트를 재현하지 않습니다.

3mm에서 V-0 등급의 SMC 등급은 1.5mm에서 V-0으로 자동 설명되어서는 안 됩니다. 항상 생산 벽 두께와 같거나 그보다 낮은 두께에 대한 테스트 보고서 또는 인증을 요청하십시오.

전체 화재 시나리오를 고려하십시오.

배터리 팩 제조업체는 SMC 부품이 다음에 저항해야 하는지 여부를 정의해야 합니다.

·  외부연료화재

·  내부 셀 열 폭주

·  직접 화염 충돌

·  고온 가스 제트

·  입자 영향

·  복사열

·  팩 내부에서 발생하는 압력

·  모듈 간 화재 전파

·  일정기간 동안 Burn-through

UNECE 규정 번호 100에는 기계적, 열적, 전기적 및 환경적 스트레스를 다루는 재충전 가능한 전기 에너지 저장 시스템에 대한 안전 요구 사항이 포함되어 있습니다. 해당 요구사항은 하나의 하우징 재료를 기준으로 규정 준수를 부여하는 것이 아니라 REESS 및 차량 시스템에 적용됩니다. UNECE R100 테스트 개요

SAE J2464는 마찬가지로 정상 작동 범위를 벗어난 조건에서 충전식 에너지 ​​저장 시스템의 남용 테스트를 위한 프레임워크를 제공합니다.

따라서 SMC 사양은 '난연제'에서 끝나서는 안 됩니다. 여기에는 의도된 테스트 방법, 시편 두께, 노출 조건 및 허용 기준이 포함되어야 합니다.

요청해야 할 주요 화재 관련 속성

비교할 때 난연성 SMC 화합물을 다음에 대한 이용 가능한 데이터를 요청하십시오.

·  UL 94 분류 및 테스트된 두께

·  해당되는 경우 산소 지수 제한

·  수평 및 수직 굽기 동작

·  점화시간

·  화염 확산 거동

·  연기 밀도

·  유독가스 요구사항

·  방열 성능

·  번스루 저항

·  열 노출 후 기계적 유지

·  열전도율 및 열전달

·  최대 단기 온도 노출

필요한 조합은 SMC가 상부 커버, 하부 트레이, 내부 장벽 또는 비구조 전기 부품으로 사용되는지 여부에 따라 달라집니다.

2. 하중조건에 따른 기계적 성능 지정

배터리 인클로저는 단순한 상자가 아닙니다. 배터리 모듈을 운반하고, 차량 진동에 저항하고, 충격으로부터 보호하고, 차량 수명 동안 밀봉 표면을 유지해야 할 수도 있습니다.

이러한 이유로 인장강도만을 기준으로 SMC를 선택하는 것은 충분하지 않습니다.

인장 및 굴곡 성능

인장 강도는 인장 하중에 재료가 어떻게 반응하는지를 나타내는 반면 굴곡 강도는 굽힘을 받는 넓은 패널과 특히 관련이 있습니다.

기술 사양에는 다음이 포함되어야 합니다.

·  인장강도 및 인장탄성률

·  굴곡강도 및 굴곡탄성률

·  파단신율

·  노치 및 비노치 충격강도

·  해당되는 경우 전단 성능

대형 배터리 커버의 경우 최대 인장 강도보다 강성이 더 중요할 수 있습니다. 강성이 부족하면 패널이 휘어져 개스킷 씰에 영향을 미치거나 내부 구성 요소와 접촉이 발생할 수 있습니다.

충격 저항

하부 배터리 인클로저는 돌 충격, 떨어진 물체, 도로 잔해 및 국지적 관통 하중에 노출될 수 있습니다. 상부 커버는 서비스 및 조립 하중을 견뎌야 할 수도 있습니다.

SMC 구성, 유리 섬유 길이, 섬유 함량 및 성형 섬유 배향 모두 충격 거동에 영향을 미칩니다. 간단한 쿠폰 테스트에서 높은 값을 얻은 등급은 여전히 ​​취약한 영역에 국지적 보강이 필요할 수 있습니다.

엔지니어는 표준 재료 표본에만 의존하기보다는 대표적인 충격 조건에서 성형된 부품을 평가해야 합니다.

진동과 피로

EV 배터리 팩은 지속적인 진동과 반복적인 기계적 부하를 경험합니다. 잠재적인 오류 위치는 다음과 같습니다.

·  패스너 구멍

·  금속 인서트

·  날카로운 모서리

·  갈비뼈 교차점

·  얇은 것에서 두꺼운 것으로의 전환

·  장착 지점

·  큰 개구부 주변의 가장자리

피로 성능은 재료 구성, 성형 품질 및 부품 설계에 따라 달라집니다. SMC 공급업체는 금형 설계자 및 배터리 팩 제조업체와 함께 중요한 영역을 검토해야 합니다.

크리프 및 고정 유지

배터리 덮개는 금속 트레이에 볼트로 고정되는 경우가 많습니다. 지속적인 클램프 하중은 폴리머 기반 재료에 크리프 또는 국부적 응력 완화를 일으킬 수 있습니다.

디자인에는 다음이 필요할 수 있습니다.

·  더 큰 부하 분산 영역

·  금속 압축 리미터

·  몰드인 인서트

·  조임 토크 제어

·  국부적인 벽 두께 증가

·  장착점 주변 보강

제안된 인서트 및 체결 시스템에 대해 풀아웃, 토크, 이완 및 열 순환 테스트를 수행해야 합니다.

3. 전기 및 열 요구 사항 확인

의 주요 장점 중 하나는 SMC 배터리 하우징 소재  구조적 성능과 전기 절연 간의 균형입니다.

관련 전기적 특성은 다음과 같습니다.

·  절연내력

·  체적 저항률

·  표면저항

·  비교 추적 지수

·  내아크성

·  습기노출 후 절연저항

테스트 값은 의도한 두께와 환경 조건을 고려한 후에 검토해야 합니다. 습기, 오염, 높은 온도 및 노후화는 전기 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

열 요구 사항도 주의 깊게 정의해야 합니다. SMC는 일반적으로 알루미늄과 같은 방식으로 셀에서 열을 방출하도록 선택되지 않습니다. 인클로저가 열 관리 시스템의 일부인 경우 설계자는 재료의 열 전도성과 열 전달 경로를 고려해야 합니다.

일부 설계에서는 열 전도율이 낮으면 열 전달 속도가 느려지므로 유리합니다. 다른 경우에는 전용 냉각판을 통해 배터리의 열 방출을 제어해야 합니다. 따라서 SMC 선택은 완전한 열 관리 설계와 조화를 이루어야 합니다.

4. SMC 제형을 성형 공정에 맞추세요

SMC 는 주로 수지, 잘게 잘린 유리 섬유, 광물 충전제, 첨가제 및 증점 시스템으로 구성된 즉시 성형 가능한 소재입니다. 일반적으로 열과 압력을 가하여 압축 성형됩니다.

올바른 배합은 완제품 성능과 안정적인 가공을 모두 제공해야 합니다.

수지계

불포화 폴리에스테르와 비닐에스테르 시스템은 SMC에서 널리 사용됩니다. 수지는 기계적 성능, 내화학성, 수축, 열적 거동 및 비용에 영향을 미칩니다.

표준 전기 등급 SMC는 EV 인클로저에 자동으로 사용되어서는 안 됩니다. 다음 사항에 대해 공식을 조정해야 할 수도 있습니다.

·  더 높은 충격 저항

·  난연성 향상

·  낮은 수축률

·  더 나은 내화학성

·  밀도 감소

·  더 높은 내열성

·  낮은 배출

·  자동차 표면 요구사항

유리 섬유 함량 및 섬유 길이

유리 함량이 높을수록 강도와 강성이 향상될 수 있지만 흐름, 표면 외관 및 금형 충진에도 영향을 미칠 수 있습니다.

압축 성형 중에 SMC 충전물이 캐비티를 통해 흐르면서 섬유 배향이 발생합니다. 이는 서로 다른 방향에서 서로 다른 속성을 생성할 수 있습니다. 따라서 공정 개발 중에 충전 크기, 충전 위치 및 흐름 거리를 평가해야 합니다.

하중이 많이 걸리는 영역의 경우 부분 강화 또는 하이브리드 구조가 전체 부품에 걸쳐 유리 함량을 단순히 늘리는 것보다 더 효과적일 수 있습니다.

금형 흐름

대형 EV 배터리 인클로저에는 리브, 깊은 부분, 밀봉 채널 및 금속 삽입물이 포함될 수 있습니다. SMC는 과도한 섬유 분리, 웰드 라인 또는 갇힌 공기 없이 캐비티를 채울 수 있을 만큼 충분히 멀리 흘러야 합니다.

중요한 성형 변수는 다음과 같습니다.

·  금형온도

·  성형압력

·  충전 중량

·  충전 패턴 및 적용 범위

·  닫히는 속도

·  치료시간

·  환기

·  부품 두께

·  유동거리

·  삽입 위치

가능할 때마다 대표 형상을 사용하여 재종을 시험해야 합니다.

툴링 및 프레스 용량

대형 배터리 커버에는 충분한 압반 크기, 일광, 폐쇄 제어 및 톤수를 갖춘 프레스가 필요합니다. 필요한 프레스 힘은 부품 중량뿐만 아니라 돌출된 부품 면적과 성형 압력에 따라 달라집니다.

툴링은 다음을 해결해야 합니다.

·  균일한 가열

·  공중 대피

·  플래시 제어

·  정확한 밀봉 플랜지 치수

·  탈형

·  인서트 포지셔닝

·  국부적인 압력분포

금형 흐름 시뮬레이션과 초기 제조 검토를 통해 생산 도구가 완성된 후 비용이 많이 드는 수정을 방지할 수 있습니다.

사이클 타임 및 경화

SMC는 두꺼운 부분과 얇은 부분 모두에서 일관되게 경화되어야 합니다. 부적절한 경화는 내열성, 강도 및 치수 안정성을 감소시킬 수 있습니다. 그러나 과도한 경화 시간은 생산 효율성을 저하시킵니다.

생산 시험에서는 다음 사항을 확인해야 합니다.

·  최소 안정 경화 시간

·  코어 및 표면 경화

·  탈형 거동

·  성형 후 치수 변화

·  뒤틀림

·  표면 결함

·  기계적 성질의 일관성

5. 환경 내구성 평가

EV 배터리 인클로저는 변화하는 온도, 습도 및 도로 조건에서 작동합니다. 자재 인증 프로그램은 의도된 차량 시장을 대표해야 합니다.

권장 평가에는 다음이 포함될 수 있습니다.

·  고온 및 저온 노출

·  열 순환

·  온습도 노화

·  수분흡수

·  염수분무 노출

·  화학적 침지

·  외부에서 보이는 부분에 대한 UV 노출

·  자갈과 돌의 충격

·  환경노화 후 진동

·  사이클링 후 씰 성능

재료는 코팅, 접착제, 개스킷, 인서트 및 패스너와 함께 평가되어야 합니다. SMC와 금속 부품 간의 열팽창 차이는 접합 하중과 밀봉 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

6. 두께, 변형 및 밀봉 표면 제어

배터리 인클로저 밀봉은 물, 먼지 및 오염 물질이 팩에 들어가는 것을 방지하는 데 필수적입니다. 대형 성형 커버는 성형 및 열 순환 후에도 플랜지 평탄도와 치수 정확도를 유지해야 합니다.

디자인은 불필요한 두께 변화를 피해야 합니다. 갑작스러운 전환으로 인해 고르지 못한 흐름, 내부 응력, 싱크 마크 및 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.

유용한 설계 조치에는 다음이 포함됩니다.

·  점진적인 두께 변화

·  균형 잡힌 리브 배열

·  둥근 내부 모서리

·  일관된 플랜지 형상

·  적절한 구배 각도

·  제어된 리브-벽 비율

·  전략적 책임 배치

·  과도한 전체 강화보다는 국지적인 강화

개스킷 시스템, 볼트 간격 및 허용 가능한 플랜지 처짐은 SMC 부품 및 금형이 완성되기 전에 정의되어야 합니다.

EV 배터리 인클로저용 SMC 선택 체크리스트

일반적인 SMC 선택 실수

몇 가지 실수로 인해 EV 배터리 인클로저 프로젝트가 지연될 수 있습니다.

1. UL 94 V-0 데이터에서만 재료를 선택합니다.
V-0은 전체 열 폭주 또는 차량 화재 시나리오를 나타내지 않습니다.

2. 테스트된 두께를 무시합니다.
가연성 등급이나 유전 값은 더 얇은 생산 벽에는 적용되지 않을 수 있습니다.

3. 전체 구조 사양으로 쿠폰 강도를 사용합니다.
섬유 흐름, 리브, 웰드 라인 및 인서트가 실제 부품 성능에 영향을 미칩니다.

4. 금형 흐름을 고려하지 않고 최대 강도를 지정합니다.
공식은 도구를 안정적으로 채워야 할 뿐만 아니라 기계적 요구 사항도 충족해야 합니다.

5. SMC 커버를 금속 부품의 드롭인 복사본으로 취급합니다.
복합재 부품에는 자체 리브, 플랜지, 체결 및 두께 설계가 필요합니다.

6. 재료를 검증하지만 조립된 인클로저는 검증하지 않습니다.
씰, 조인트, 인서트 및 인터페이스가 최종 팩 성능을 결정하는 경우가 많습니다.

JLON의 맞춤형 SMC 솔루션

JLON은 맞춤형 SMC 화합물을 공급합니다.  전기, 자동차 및 운송 응용 분야에 EV 배터리 시스템은 인클로저 아키텍처와 검증 대상이 다르기 때문에 SMC 공식은 단일 범용 등급에서 선택하기보다는 개별 프로젝트에 일치해야 합니다.

사용 가능한 개발 방향은 다음과 같습니다.

·  난연성 SMC 

·  전기절연 SMC 

·  고강도 유리섬유 SMC 

·  저수축 SMC 

·  내열 SMC 

·  내식성 SMC 

·  EV 배터리 커버용 SMC 

·  배터리 트레이 및 보호 패널용 SMC 

·  고전압 전기 인클로저용 SMC 

·  맞춤형 색상의 자동차 SMC 

적절한 제제를 추천하기 위해 JLON은 일반적으로 다음 정보를 검토합니다.

·  부품 도면 또는 3D 모델

·  용도

·  요구되는 화재 기준

·  최소 생산 벽 두께

·  기계적 성질 대상

·  전기적 성능 요구사항

·  작동 및 최고 온도

·  화학물질 노출 조건

·  부품 중량 및 치수

·  프레스 및 금형정보

·  연간수요

·  필수 테스트 보고서 또는 자동차 승인

생산 승인 전에 프로토타입 성형 및 대표 부품 테스트를 적극 권장합니다.

결론

선택 EV 배터리 외장용 SMC에는  인장강도 비교나 일반 난연성 등급 요구 이상의 요구사항이 있습니다. 재료는 인클로저 형상, 밀봉 설계, 인서트, 냉각 시스템, 배터리 모듈 및 차량 구조를 포함하는 전체 시스템의 일부로 작동해야 합니다.

최고의 SMC 제제는 다음과 같은 실질적인 균형을 제공해야 합니다.

·  난연성 및 내열성

·  기계적 강도 및 강성

·  충격 및 진동 내구성

·  전기절연

·  부식 및 내화학성

·  치수안정성

·  안정적인 금형 흐름

·  경쟁력 있는 생산주기

가장 중요한 것은 화재, 구조 및 전기적 요구 사항을 의도한 벽 두께에서 확인한 다음 완성된 인클로저에서 검증해야 한다는 것입니다.

새로운 EV 배터리 인클로저 SMC  프로젝트의 경우 도면, 성능 요구 사항 및 성형 조건을 JLON에 문의하세요. 우리 팀은 필요한 제형을 평가하고 맞춤형 SMC 재료 솔루션을 준비하는 데 도움을 줄 수 있습니다.