2024 Композитные материалы в автомобильной промышленности
Дальнейшее развитие технологии корпусов батарей для электромобилей
Одной из самых больших возможностей для использования композитов в аккумуляторных электромобилях является корпус батареи – как верхняя крышка, так и шасси, используемые для крепления и защиты рамы и элементов батареи внутри автомобиля. Считается, что пустой металлический корпус батареи увеличивает массу автомобиля на 110-160 кг даже до загрузки, делая его самым тяжелым компонентом аккумуляторного электромобиля, что открывает возможности для применения более легких композитов.
Помимо снижения веса, переход на композитные корпуса батарей дает множество других преимуществ, таких как возможность формования более сложных форм, лучшая ударопрочность и коррозионная стойкость, более быстрая сборка, более высокая долговечность и улучшенная огнестойкость за счет использования специальных составов, что особенно важно при соблюдении жестких требований производителей автомобилей (например
Например, стандарт UL 2596, опубликованный компанией UL Solutions в 2022 году.) 2596), который разработан для борьбы с тепловым выбегом, утечкой тепла и потенциальным возгоранием и задымлением, возникающим при перегреве литий-ионных батарей.
Стандарт UL 2596 основан на соглашении между Forward Engineering и Hyundai Motor Company, в котором используется нагреватель сопротивления, а не открытое пламя, чтобы понять, как материал реагирует на реальные условия тепла и давления, и что пламя и/или плазма, выделяемые из верхней части образца, являются доказательством окончательного разрушения или упругости.
В связи с повышением требований к производительности и безопасности поставщики материалов в течение последних нескольких лет прилагают активные усилия по разработке композитов с более высокими эксплуатационными характеристиками, чтобы удовлетворить текущие и будущие потребности автопроизводителей и производителей аккумуляторных модулей.
В 2023 году поставщики материалов представили несколько новых продуктов, предназначенных для снижения теплового выброса в корпусах батарей, в том числе серию решений Xencor Xtreme из длинного стекловолокна (LGF) PPA компании Syensqo (ранее Solvay, Alpharetta, GA, USA), новый перерабатываемый термопластичный материал Tepex компании Envalior (Дюссельдорф, Германия) для экстремальных условий эксплуатации корпусов батарей и огнестойкую, быстро отверждаемую систему эпоксидного препрега SolvaLite 716 FR компании Syensqo.
Чтобы продемонстрировать эффективность своих технологий при использовании корпусов батарей, поставщики автомобилей первого уровня и даже поставщики материалов, помимо автопроизводителей, постоянно представляют новые конструкции корпусов батарей, например, поставщик материалов Mitsubishi Chemical Group (Токио, Япония), который на выставке JEC World 2024 представил формованную конструкцию верхней крышки корпуса батареи, разработанную для облегчения сборки и совместимую с широким спектром материалов компании, включая материалы на биологической основе или вторичной переработке, термореактивные препреги или термопласты.
Прототип верхней крышки батарейного блока Mitsubishi Chemical Group, представленный на выставке JEC World 2024, разработан таким образом, чтобы облегчить сборку, а также совместить ее с ассортиментом материалов компании
Среди других разработок, связанных с аккумуляторными боксами, – конструкция вакуумного мокрого формования от подразделения CpK Interior Products компании Stellantis (Корбивилл, Онтарио, Канада), вариант «инструментального ящика» из нескольких материалов от поставщика уровня 1 Katcon (Монтеррей, Мексика), демонстрационная деталь из нескольких материалов от Continental Structural Plastics (сейчас входит в состав Teijin Automotive) и интеллектуальный процесс термопластичной технологии RTM для производства демонстрационной детали для верхней крышки аккумуляторного бокса. « вариант, демонстрационная деталь из нескольких материалов от Continental Structural Plastics (в настоящее время часть Teijin Automotive, Оберн-Хиллз, Мичиган, США) и интеллектуальный термопластичный процесс RTM для производства демонстрационной детали для верхней крышки аккумуляторного блока.
Стоит отметить, что верхняя и нижняя крышки – не единственные возможные варианты применения композитов в корпусах аккумуляторов. Для успешной работы корпусов батарей требуются беспроблемные крепежные и сборочные решения, и компания Bossard (Цуг, Швейцария) в своей статье подробно описывает свои исследования по разработке нового крепежного решения, отвечающего жестким допускам, необходимым для применения корпусов батарей в электрических грузовиках (а также целям затрат OEM-производителей и поставщиков Tier 1). Компания использовала накопленные знания о композитном крепеже для разработки новой конструкции вставных шпилек, которая повышает прочность и долговечность, а также снижает общие затраты и количество необходимой оснастки.
Специально разработанные вставные шпильки Bossard (фото: Bossard)
Сосуды под давлением, работающие на водороде
Электромобили – не единственный вариант альтернативного топлива, разрабатываемый для дорожных транспортных средств, особенно на рынке грузовых автомобилей. Во многих разработках также используется топливо с нулевым уровнем выбросов, такое как водород и возобновляемый природный газ (RNG), для декарбонизации транспорта.
Наиболее зрелые и доминирующие системы для хранения этих двух видов топлива включают сосуды под давлением типов III и IV, которые изготавливаются из углеродного волокна/эпоксидной смолы и создаются путем намотки волокон на алюминиевую или пластиковую оболочку соответственно.
Проектирование автомобилей на солнечных батареях с использованием композитов
В дополнение к автомобилям, работающим на аккумуляторах и водороде, разрабатывается несколько концепций автомобилей на солнечных батареях, которые должны заменить традиционные бензиновые автомобили и автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Компания Aptera (Карлсбад, Калифорния, США) разрабатывает солнечный электромобиль, оснащенный солнечными панелями, которые можно заряжать во время движения или остановки. Первый серийный автомобиль, получивший название Launch Edition, оснащен солнечными батареями мощностью около 700 Вт и может проехать до 400 миль на одной зарядке. Конструкция автомобиля должна была обладать превосходными эксплуатационными характеристиками, в результате чего был создан композитный кузов из углеродного волокна под названием BinC, который, как утверждается, может быть переработан до пяти раз.
Кузов Aptera из армированного углеродным волокном полимера (CFRP) на стадии сборки. В кузове, изготовленном по методу BinC, используется технология формования листового углепластика (CF-SMC), разработанная в сотрудничестве с CPC Group, которая обеспечивает высокое соотношение прочности и веса, а также масштабируемость производства (иллюстрация: Aptera)
В ноябре 2022 года Aptera подписала соглашение с CPC Group (Модена, Италия) о производстве этих специализированных композитных кузовов. в сентябре 2023 года были выпущены первые предсерийные детали из композитов. в 2024 году Aptera объявила о выходе на рынок Объединенных Арабских Эмиратов и привлекла 33 миллиона долларов нового финансирования для начального этапа производства. сейчас компания находится на втором году производства.
Незаконченное дело 2024 Композиты в автомобилестроении (II)
