Obudowy Akumulatorów Wysokonapięciowych

Producent specjalistycznej chemii LANXESS i wchodząca w skład grupy Textron Inc. spółka Kautex Textron GmbH & Co. KG od kilku lat wspólnie badają możliwość wyko­rzystania technicznych tworzyw termoplastycznych do produkcji obu­dów akumulatorów trakcyjnych pojazdów elektrycznych. W ramach studium wykonalności specjaliści obu firm wspólnie opracowali bliski wersji seryjnej demonstrator tej technologii. Układ o długości i szero­koś­­ci ok. 1400 mm to wyrafinowany technicznie, wielkoformatowy i wy­ko­nany w całości z tworzywa sztucznego komponent obudowy o masie kilkudziesięciu kilogramów.

Celem projektu było wykazanie zalet tworzyw termoplastycznych nad metalami pod względem redukcji masy i kosztów, integracji funkcjo­nalnej i izolacyjności elektrycznej.

• W pierwszej kolejności całkowicie zrezygnowaliśmy z metalowych struktur wzmacniających, by wykazać, że jesteśmy w stanie komer­cyjnie produkować te skomplikowane, duże komponenty – wyjaśnia Felix Haas, dyrektor ds. rozwoju produktów w Kautex Textron.
• W przyszłości Kautex i LANXESS chcą wykorzystać rezultaty tej współ­pracy do angażowania się w projekty rozwojowe z producentami motoryzacyjnymi z myślą o uruchomieniu produkcji seryjnej – dodaje dr Christopher Hoefs, menadżer projektu e-Powertrain w LANXESS.

Jednoetapowy proces produkcyjny z krótkimi cyklami produkcyjnymi

Demonstrator opracowano z myślą o obudowie akumulatora samo­chodu elektrycznego segmentu C. Demonstrator składa się z tacy ze strukturą absorbującą energię zderzenia, pokrywy i elementu chronią­cego podwozie pojazdu. Elementy obudowy mogą być produkowane w jednoetapowym procesie formowania metodą Direct Long Fibre Thermoplastic (D-LFT). Specjaliści LANXESS zoptymalizowali two­rzywo Durethan B24CMH2.0 jako materiał mieszanki do formowania D-LFT. Kautex Textron łączy w ramach procesu tworzywo PA6 z rowin­gami z włókna szklanego. Miejscowe wzmocnienia konstrukcji obudowy wykonano wzmacnianymi włóknem ciągłymi kompozytami termoplastycznymi Tepex dynalite wyprodukowanymi przez koncern  LANXESS. – Proces ten pozwala na krótsze, a tym samym bardziej eko­nomiczne cykle produkcyjne w porównaniu z procesami przet­wa­rzania stali lub aluminium – wyjaśnia Felix Haas.

Brak skomplikowanego formowania metali, mniej etapów produkcji 

Współczesne obudowy akumulatorów wysokonapięciowych wykony­wa­ne są przede wszystkim z wytłaczanych profili stalowych lub alumi­nio­wych. W zależności od klasy pojazdu długość i szerokość obudowy mogą znacznie wykraczać poza odpowiednio 2000 lub 1500 mm. Wymiary, liczba komponentów oraz liczne etapy produkcji i montażu sprawiają, że obudowy metalowe są bardzo kosztowne – na przykład złożone struktury wykonane z profili do pras taśmowych wymagają wielu dodatkowych etapów produkcji, takich jak spawanie, wykrawanie i nitowanie. Ponadto elementy metalowe wymagają zabezpieczenia przed korozją w dodatkowym etapie procesu produkcyjnego – zanu­rze­niowym powlekaniu katodowym.

– Z drugiej strony, korzystając z tworzyw sztucznych, można w pełni docenić oferowaną przez nie swobodę projektowania. Integracja takich funkcji, jak mocowania i elementy układu regulacji temperatury, pozwala istotnie zmniejszyć liczbę komponentów składających się na obudowę akumulatora. Upraszcza to montaż i logistykę, obniżając koszty produkcji – mówi dr Christopher Hoefs. Tworzywa sztuczne są również odporne na korozję i izolują elektrycznie. Ta ostatnia właś­ciwość ogranicza ryzyko wystąpienia zwarcia w układzie elektrycznym. Niska gęstość tworzyw sztucznych, sprzyjająca lekkości konstrukcji, owocuje znacznie lżejszymi obudowami, co jest korzystne z punktu widzenia choćby zasięgu samochodów elektrycznych.

Złożony miks wysokich wymagań

Obudowy akumulatorów wysokonapięciowych muszą spełniać szereg różnego rodzaju surowych wymogów technicznych. Na przykład mu­szą być sztywne i mocne, a jednocześnie być w stanie pochłaniać znacz­ne ilości energii w przypadku zderzenia. Jest to testowane w tes­tach wytrzymałości mechanicznej na uderzenia i zgniatanie. Obudowy muszą być również ognioodporne na wypadek zapalenia się pojazdu lub „ucieczki termicznej” ogniw akumulatora. Obudowy muszą być też zintegrowane z konstrukcją pojazdu.

– Kontynuujemy współpracę nad optymalizacją produkcji i konstrukcją komponentów. Celem jest realizacja większości prac rozwojowych meto­­dą wirtualną w celu obniżenia kosztów projektowania prototypów i skrócenia czasu potrzebnego do wprowadzenia przyszłych kompo­nen­tów seryjnych na rynek – mówi dr Christopher Hoefs.

Więcej informacji na temat produktów i technologii LANXESS na potrzeby nowej mobilności oraz rozwiązaniach akumulatorowych Kautex Textron można znaleźć na stronach internetowych https://new-mobility.lanxess.com i www.kautex.com/en/mobility/battery-systems. 

Zdjęcie 1: Kautex Textron GmbH & Co. KG | Bliski wersji seryjnej demonstrator technologii o długości ok. 1400 mm. To wyrafinowany technicznie, wielkoformatowy i wykonany w całości z tworzywa sztucznego komponent obudowy o masie kilkudziesięciu kilogramów.

Zdjęcie 2: Kautex Textron GmbH & Co. KG | Demonstrator opracowano z myślą o obudowie akumulatora samo­cho­du elektrycznego segmentu C. Składa się z tacy ze strukturą absor­bującą energię zderzenia, pokrywy i elementu chroniącego podwozie pojazdu. 

LANXESS jest wiodącym koncernem z branży chemii specjalistycznej, którego sprzedaż w 2020 roku wyniosła 6,1 mld EUR. Zatrudnia obecnie około 14 800 pracowników w 33 krajach. Głównym obszarem działalności ] LANXESS jest rozwój, produkcja i sprzedaż półproduktów chemicznych, dodatków, specjalistycznych chemikaliów i tworzyw sztucznych. Koncern LANXESS jest notowany w wiodących indeksach zrównoważonego rozwoju Dow Jones Sustainability Index (DJSI World i Europe) oraz FTSE4Good.

Oświadczenia dotyczące przyszłości

Niniejszy komunikat zawiera pewne oświadczenia dotyczące przyszłości, w tym założenia, opinie, oczekiwania i poglądy koncernu lub cytowane ze źródeł zewnętrznych. Różne znane i nieznane zagrożenia, niepewność i inne czynniki mogą spowodować, że rzeczywiste wyniki, sytuacja finansowa, rozwój lub wydajność LANXESS AG będą się istotnie różnić od szacunków wyrażonych lub sugerowanych w niniejszym dokumencie. LANXESS AG nie gwarantuje, że założenia leżące u podstaw takich oświadczeń dotyczących przyszłości są wolne od błędów ani nie ponosi żadnej odpowiedzialności za przyszłą dokładność opinii wyrażonych w niniejszej prezentacji lub rzeczywiste wystąpienie prognozowanych wydarzeń. Nie dokonuje się żadnych oświadczeń ani gwarancji (wyrażonych lub domniemanych) w odniesieniu do jakichkolwiek informacji, szacunków, celów i opinii zawartych w niniejszym dokumencie, ani nie należy na nich polegać, jak również nie przyjmuje się żadnej odpowiedzialności za jakiekolwiek błędy, pominięcia lub nieprawidłowości zawarte w niniejszym dokumencie, a w związku z tym żaden przedstawiciel LANXESS AG ani żadnej ze spółek stowarzyszonych bądź żaden z dyrektorów takich stron nie może ponosić odpowiedzialności za użycie niniejszego dokumentu.