Како одабрати СМЦ за кућишта ЕВ батерија: Отпорност на пламен, чврстоћа и захтеви за обликовање

Кућишта батерија електричних возила морају да штите батеријске модуле од пожара, удара, вибрација, влаге, крхотина са пута и електричних опасности. Истовремено, произвођачи возила су под сталним притиском да смање тежину, консолидују делове и побољшају ефикасност производње.

Маса за обликовање листова, опште позната као СМЦ нуди ефикасну алтернативу челичним, алуминијумским и термопластичним кућиштима батерија. Правилно формулисан отпоран на ватру СМЦ  комбинује механичку чврстоћу, електричну изолацију, отпорност на корозију и флексибилност дизајна у компоненти обликованој компресијом.

Међутим, није свака СМЦ формулација погодна за кућиште ЕВ батерија. Материјал мора бити одабран према дизајну кућишта, циљу заштите од пожара, условима оптерећења, радној температури, дебљини зида и процесу обликовања.

Овај водич објашњава главне факторе које инжењери и тимови за куповину треба да процене када бирају СМЦ за кућишта батерија за ЕВ.

Зашто користити СМЦ за кућишта ЕВ батерија?

Кућиште батерије за ЕВ може укључивати горњи поклопац, доњу ладицу, бочне заштитне структуре, унутрашње преграде, сервисне поклопце и компоненте електричне заштите. У зависности од дизајна, СМЦ се може користити за комплетно кућиште или у комбинацији са алуминијумском или челичном носећом конструкцијом.

У поређењу са конвенционалним металима, СМЦ ојачан стакленим влакнима  пружа неколико предности.

Електрична изолација

СМЦ је инхерентно непроводљив када је правилно формулисан. Може помоћи да се изолују компоненте батерије високог напона и смањи ризик од електричног контакта између ћелија, сабирница, кућишта и каросерије возила.

Ово је посебно вредно у вези са конекторима, сервисним растављачима и високонапонским компонентама. ИСО 6469-3 се бави заштитом од струјног удара и топлотних инцидената у колима напонске класе Б, чинећи електричну изолацију важним делом укупне безбедности возила.

Готово кућиште, међутим, још увек мора бити валидирано као комплетан систем. Добра диелектрична вредност у СМЦ техничком листу не доказује аутоматски да склопљена батерија испуњава захтеве електричне безбедности на нивоу возила.

Отпорност на корозију и хемикалије

За разлику од челика, СМЦ не рђа. Може да издржи излагање соли на путу, влажности, прсканој води и многим аутомобилским течностима када је систем смоле правилно одабран.

Ово може смањити потребу за секундарним антикорозивним третманима. Такође помаже у одржавању перформанси кућишта током радног века возила, посебно у приморским регионима или на тржиштима где се со на путевима широко користи.

Хемијско испитивање треба да узме у обзир стварне супстанце које се очекују у апликацији, као што су:

·  Мешавине расхладне течности и гликола

·  Мазива и хидрауличне течности

·  Средства за чишћење

·  Со за путеве

·  Акумулаторски електролит

·  Аутомобилска горива и уља

Смањење тежине

СМЦ генерално има мању густину од челика. Стварна уштеда на тежини зависи од формулације, садржаја влакана, геометрије дела, ребара, уметака и од тога да ли СМЦ компонента замењује метални поклопац или структурални носач.

Директно поређење густине материјала није довољно. Инжењери би требало да упореде тежину комплетних, функционално еквивалентних делова. Највећа предност СМЦ-а често долази од комбиновања више штанцаних или заварених металних компоненти у један профилисани део.

Интеграција делова

Компресијско обликовање омогућава уградњу ребара, избочина, жлебова за заптивање, монтажних елемената, пролаза каблова и локалног ојачања у кућиште.

Ово може смањити:

·  Број одвојених компоненти

·  Операције заваривања и причвршћивања

·  Време састављања

·  Димензијска варијација између спојених делова

·  Потенцијални путеви цурења

Интеграција делова је посебно корисна за велике поклопце батерија и сложене заштитне панеле.

Стабилност димензија

Добро дизајнирана СМЦ формулација за аутомобиле може да обезбеди ниско скупљање, стабилне димензије и доследан квалитет површине. Ова својства су важна за заптивање прирубница, положаја причвршћивача и великих равних површина.

Пошто кућишта батерија могу бити знатно већа од стандардних електричних кућишта, кривљење и локалне варијације дебљине морају бити процењене током протока калупа и развоја алата.

1. Дефинишите захтев за отпорност на ватру

Противпожарне карактеристике су обично прва брига при избору Кућиште за ЕВ батерије СМЦ.

Инциденте са литијум-јонском батеријом могу изложити кућиште пламену, врућем гасу, притиску, растопљеним честицама и брзо растућим температурама. Материјал мора помоћи у одлагању ширења ватре и одржавати заштитну баријеру довољно дуго да подржи безбедносну стратегију батерије.

УЛ 94 В-0 је класификација материјала—није потпуна заштита батерије

УЛ 94 В-0 се често захтева за пластику и композите отпорне на пламен. У оквиру овог теста, материјал мора престати да гори у одређеним границама и не сме испуштати пламене капље које запаљују индикатор испод њега.

За захтевније примене, купци могу размотрити УЛ 94 5ВА или 5ВБ. Тест од 5В користи озбиљније излагање пламену. У тесту плака, 5ВА не дозвољава прогоревање, док 5ВБ може дозволити рупу. УЛ описује УЛ 94 као групу тестова малих размера који процењују склоност материјала да угаси или шири пламен након паљења.

Две квалификације су критичне:

1. УЛ 94 оцена је повезана са тестираном формулацијом и дебљином узорка.

2. УЛ 94 не репродукује комплетан догађај термичког одласка батерије ЕВ.

СМЦ степен са оценом В-0 на 3 мм не треба аутоматски да се описује као В-0 на 1,5 мм. Увек захтевајте извештај о испитивању или сертификацију за дебљину једнаку или испод дебљине зида производње.

Размотрите комплетан сценарио пожара

Произвођач пакета батерија треба да дефинише да ли СМЦ компонента мора да издржи:

·  Екстерна ватра горива

·  Интерни термички бег ћелије

·  Директан удар пламена

·  Високотемпературни гасни млазници

·  Удар честица

·  Сјајна топлота

·  Притисак који се ствара унутар паковања

·  Ширење ватре између модула

·  Прегоревање током одређеног периода

Уредба УНЕЦЕ бр. 100 укључује безбедносне захтеве за пуњиве системе за складиштење електричне енергије, који покривају механичка, термичка, електрична и еколошка напрезања. Његови захтеви се односе на РЕЕСС и систем возила, а не на одобравање усаглашености на основу једног материјала за кућиште. Преглед тестирања УНЕЦЕ Р100

САЕ Ј2464 на сличан начин пружа оквир за тестирање злоупотребе система за складиштење енергије који се могу пунити у условима изван њиховог нормалног радног опсега.

Према томе, СМЦ спецификација не би требало да се заустави на „успоривачу пламена“. Требало би да укључује предвиђену методу испитивања, дебљину узорка, услове излагања и критеријуме прихватања.

Кључна својства у вези са пожаром за захтев

Када упоредите СМЦ једињења отпорна на пламен , затражите доступне податке за:

·  УЛ 94 класификација и испитана дебљина

·  Ограничавајући индекс кисеоника, ако је примењиво

·  Хоризонтално и вертикално понашање при горењу

·  Време паљења

·  Понашање ширења пламена

·  Густина дима

·  Захтеви за токсичне гасове

·  Перформансе ослобађања топлоте

·  Отпорност на опекотине

·  Механичко задржавање након излагања топлоти

·  Топлотна проводљивост и пренос топлоте

·  Максимално краткотрајно излагање температури

Потребна комбинација зависи од тога да ли се СМЦ користи као горњи поклопац, подлога, унутрашња баријера или неструктурна електрична компонента.

2. Наведите механичке перформансе према случају оптерећења

Кућиште за батерије није само кутија. Можда ће морати да носи модуле батерија, да се одупре вибрацијама возила, заштити од удара и да одржава своју заптивну површину током животног века возила.

Из тог разлога, одабир СМЦ само на основу затезне чврстоће није довољан.

Перформансе затезања и савијања

Затезна чврстоћа показује како материјал реагује на вучна оптерећења, док је чврстоћа на савијање посебно релевантна за широке панеле који су подвргнути савијању.

Техничка спецификација треба да садржи:

·  Затезна чврстоћа и затезни модул

·  Чврстоћа на савијање и модул савијања

·  Издужење при прекиду

·  Ударна чврстоћа са зарезима и без зареза

·  Перформансе смицања где је применљиво

За велики поклопац батерије, крутост може бити важнија од крајње затезне чврстоће. Недовољна крутост може дозволити да се плоча отклони, утичући на заптивку заптивке или стварајући контакт са унутрашњим компонентама.

Отпорност на удар

Кућишта батерија испод каросерије могу бити изложена удару камена, палим предметима, крхотинама са пута и локалним оптерећењем од продора. Можда ће горњи поклопци такође морати да издрже оптерећења при сервисирању и монтажи.

СМЦ формулација, дужина стаклених влакана, садржај влакана и оријентација обликованих влакана утичу на понашање при удару. Оцена са високом вредношћу из једноставног теста купона може и даље захтевати локално појачање у осетљивим областима.

Инжењери би требало да процене обликовану компоненту у репрезентативним условима удара, а не да се ослањају само на стандардне узорке материјала.

Вибрације и умор

ЕВ батерије доживљавају континуиране вибрације и поновљено механичко оптерећење. Потенцијалне локације квара укључују:

·  Рупе за причвршћивање

·  Метални уметци

·  Оштри углови

·  Ребрасте раскрснице

·  Прелази од танког до дебелог

·  Тачке монтаже

·  Ивице око великих отвора

Перформансе замора зависе од формулације материјала, квалитета обликовања и дизајна компоненти. СМЦ добављач треба да прегледа критичне области заједно са дизајнером калупа и произвођачем батеријског пакета.

Задржавање пузања и причвршћивања

Поклопци батерија су често причвршћени за металну ладицу. Дуготрајна оптерећења стезаљке могу изазвати пузање или локално опуштање напрезања у материјалима на бази полимера.

Дизајн може захтевати:

·  Већа подручја дистрибуције оптерећења

·  Метални ограничавачи компресије

·  Утиснути уметци

·  Контролисани момент затезања

·  Повећава се локална дебљина зида

·  Ојачање око тачака монтаже

Тестове извлачења, обртног момента, опуштања и термичког циклуса треба извршити на предложеном уметку и систему причвршћивања.

3. Потврдите електричне и термичке захтеве

Једна од главних предности материјала кућишта СМЦ батерија  је његова равнотежа између структурних перформанси и електричне изолације.

Релевантна електрична својства могу укључивати:

·  Диелектрична чврстоћа

·  Запреминска отпорност

·  Површинска отпорност

·  Упоредни индекс праћења

·  Отпор лука

·  Отпор изолације након излагања влази

Испитне вредности треба прегледати на предвиђеној дебљини и након кондиционирања околине. Влага, контаминација, повишена температура и старење могу утицати на електричне перформансе.

Термичке захтеве такође треба пажљиво дефинисати. СМЦ није нормално одабран да одводи топлоту од ћелија на исти начин као алуминијум. Ако је кућиште део система за управљање топлотом, пројектант мора узети у обзир топлотну проводљивост материјала и пут преноса топлоте.

У неким дизајнима, ниска топлотна проводљивост је корисна јер успорава пренос топлоте. У другим случајевима, батерији је потребно контролисано одвођење топлоте кроз наменске плоче за хлађење. Избор СМЦ-а стога мора бити усклађен са комплетним дизајном управљања топлотом.

4. Ускладите СМЦ формулацију са процесом обликовања

СМЦ је материјал спреман за калупљење који се састоји углавном од смоле, сецканих стаклених влакана, минералних пунила, адитива и система за згушњавање. Обично се компресијски калупује под топлотом и притиском.

Исправна формулација мора да обезбеди и перформансе готовог дела и стабилну обраду.

Систем смоле

Незасићени полиестерски и винил естарски системи се широко користе у СМЦ. Смола утиче на механичке перформансе, хемијску отпорност, скупљање, термичко понашање и цену.

Стандардни електрични СМЦ не би требало аутоматски да се користи за ЕВ кућиште. Формулација ће се можда морати прилагодити за:

·  Већа отпорност на удар

·  Побољшана отпорност на пламен

·  Ниско скупљање

·  Боља хемијска отпорност

·  Смањена густина

·  Већа отпорност на топлоту

·  Ниске емисије

·  Захтеви за аутомобилске површине

Садржај стаклених влакана и дужина влакана

Већи садржај стакла може побољшати снагу и крутост, али такође може утицати на проток, изглед површине и пуњење калупа.

Током компресијског обликовања, оријентација влакана се развија док СМЦ наелектрисање тече кроз шупљину. Ово може произвести различита својства у различитим правцима. Величина пуњења, положај пуњења и растојање протока треба стога да се процене током развоја процеса.

За подручја са високим оптерећењем, локално ојачање или хибридна структура могу бити ефикаснији од једноставног повећања садржаја стакла у целом делу.

Моулд флов

Велико кућиште ЕВ батерија може да садржи ребра, дубоке делове, заптивне канале и металне уметке. СМЦ мора да тече довољно далеко да испуни шупљину без прекомерног одвајања влакана, линија заваривања или заробљеног ваздуха.

Важне варијабле обликовања укључују:

·  Температура калупа

·  Притисак калупа

·  Тежина пуњења

·  Образац пуњења и покривеност

·  Брзина затварања

·  Време излечења

·  Вентилација

·  Дебљина дела

·  Растојање протока

·  Ставите позицију

Оцену треба испробати користећи репрезентативну геометрију кад год је то могуће.

Капацитет алата и пресе

Велики поклопци батерија захтевају пресу са довољном величином плоче, дневном светлошћу, контролом затварања и тонажом. Потребна сила притиска зависи од пројектоване површине дела и притиска калупа - не само од тежине дела.

Алат треба да се односи на:

·  Равномерно загревање

·  Ваздушна евакуација

·  Контрола блица

·  Тачне димензије заптивне прирубнице

·  Демолдинг

·  Позиционирање уметања

·  Локална дистрибуција притиска

Симулација тока калупа и рани преглед производње могу спречити скупе модификације након што је производни алат завршен.

Време циклуса и очвршћавање

СМЦ мора доследно да очвршћава и на дебелим и на танким деловима. Неадекватно очвршћавање може смањити отпорност на топлоту, снагу и стабилност димензија. Међутим, предуго време очвршћавања смањује ефикасност производње.

Производна испитивања треба да потврде:

·  Минимално стабилно време очвршћавања

·  Језгро и површинско очвршћавање

·  Понашање приликом уклањања калупа

·  Промена димензија након калупа

·  Варпаге

·  Површински дефекти

·  Конзистентност механичких својстава

5. Процена трајности животне средине

Кућишта за ЕВ батерије раде под променљивим температурама, влажности и условима на путу. Програм квалификације материјала треба да представља предвиђено тржиште возила.

Препоручене евалуације могу укључивати:

·  Излагање високим и ниским температурама

·  Термални циклус

·  Температурно и влажно старење

·  Упијање воде

·  Излагање сланом спреју

·  Хемијско потапање

·  УВ излагање за спољашње видљиве делове

·  Удар шљунка и камена

·  Вибрације након старења околине

·  Перформансе заптивања након вожње бициклом

Материјал такође треба проценити заједно са премазима, лепком, заптивкама, уметцима и причвршћивачима. Разлике у термичком ширењу између СМЦ и металних компоненти могу утицати на оптерећење спојева и перформансе заптивања.

6. Контролишите дебљину, савијање и заптивне површине

Заптивање кућишта батерије је неопходно за спречавање уласка воде, прашине и загађивача у паковање. Велики профилисани поклопци морају да одржавају равност прирубнице и тачност димензија након обликовања и термичког циклуса.

Дизајн треба да избегава непотребне варијације дебљине. Нагли прелази могу створити неуједначен ток, унутрашње напрезање, трагове удубљења и искривљење.

Корисне мере дизајна укључују:

·  Постепени прелази дебљине

·  Избалансирани распоред ребара

·  Заобљени унутрашњи углови

·  Конзистентна геометрија прирубнице

·  Правилни углови промаја

·  Контролисани однос ребра и зида

·  Стратешки пласман

·  Локално, а не прекомерно опште појачање

Систем заптивки, размак вијака и дозвољени отклон прирубнице треба дефинисати пре него што се СМЦ део и калуп финализирају.

СМЦ контролна листа за избор кућишта за ЕВ батерије

Уобичајене грешке у избору СМЦ-а

Неколико грешака може одложити пројекат кућишта ЕВ батерија:

1. Одабир материјала само из УЛ 94 В-0 података.
В-0 не представља цео сценарио термичког бекства или пожара возила.

2. Занемарујући тестирану дебљину.
Оцена запаљивости или диелектрична вредност можда неће важити за тањи производни зид.

3. Користећи снагу купона као потпуну структурну спецификацију.
Проток влакана, ребра, линије заваривања и уметци утичу на стварне перформансе компоненте.

4. Одређивање максималне чврстоће без узимања у обзир протока калупа.
Формулација мора поуздано да испуни алат, као и да испуни механичке захтеве.

5. Третирање СМЦ поклопца као копије металног дела.
Композитни делови захтевају сопствени дизајн ребра, прирубнице, причвршћивања и дебљине.

6. Провера материјала, али не и састављеног кућишта.
Заптивке, спојеви, уметци и интерфејси често одређују коначни учинак паковања.

Прилагођена СМЦ решења компаније ЈЛОН

ЈЛОН испоручује прилагођене СМЦ спојеве  за електричне, аутомобилске и транспортне апликације. Пошто системи ЕВ батерија имају различите архитектуре кућишта и циљеве валидације, формулацију СМЦ треба ускладити са појединачним пројектом, а не бирати из једне класе опште намене.

Доступни правци развоја укључују:

·  СМЦ отпоран на пламен 

·  Електрична изолација СМЦ 

·  СМЦ од стаклених влакана високе чврстоће 

·  СМЦ са малим скупљањем 

·  СМЦ отпоран на топлоту 

·  СМЦ отпоран на корозију 

·  СМЦ за поклопце батерија за ЕВ 

·  СМЦ за носаче батерија и заштитне плоче 

·  СМЦ за високонапонска електрична кућишта 

·  Аутомобилски СМЦ у боји по мери 

Да би препоручио одговарајућу формулацију, ЈЛОН обично прегледа следеће информације:

·  Цртеж дела или 3Д модел

·  Предвиђена примена

·  Захтевани стандард за пожар

·  Минимална дебљина зида производње

·  Механички-својствене мете

·  Захтеви за електричне перформансе

·  Радне и вршне температуре

·  Услови излагања хемикалијама

·  Тежина и димензије дела

·  Информације о пресовању и калупу

·  Годишња потражња

·  Потребни извештаји о испитивању или аутомобилска одобрења

Пре него што се одобри производња, топло се препоручује обликовање прототипа и тестирање репрезентативних компоненти.

Закључак

Бирање СМЦ за кућиште ЕВ батерија  захтева више од поређења затезне чврстоће или захтевања општег степена отпорности на ватру. Материјал мора да функционише као део комплетног система који укључује геометрију кућишта, дизајн заптивања, уметке, систем за хлађење, модуле батерија и структуру возила.

Најбоља СМЦ формулација треба да обезбеди практичну равнотежу:

·  Отпорност на пламен и топлоту

·  Механичка чврстоћа и крутост

·  Отпорност на ударце и вибрације

·  Електрична изолација

·  Отпорност на корозију и хемикалије

·  Димензиона стабилност

·  Поуздан проток калупа

·  Конкурентно време производног циклуса

Што је најважније, тврдње о пожару, конструкцији и електричним инсталацијама треба да буду верификоване на предвиђеној дебљини зида, а затим потврђене на готовом кућишту.

За нови СМЦ пројекат кућишта батерија за ЕВ  , контактирајте ЈЛОН са својим цртежом, захтевима за перформансе и условима обликовања. Наш тим може помоћи у процени потребне формулације и припреми прилагођено решење СМЦ материјала.