IKV, Kautex Textron cooperación en todos

Kautex Textron GmbH & Co. KG e investigadores del Instituto IKV para el Procesamiento de Plásticos con sede en Aquisgrán, Alemania, han desarrollado una "primera carcasa de batería termoplástica a gran escala para vehículos eléctricos" de 1.600 por 1.300 por 200 milímetros.

Kautex Textron mostró el prototipo final, llamado Pentatonic, en su stand de IKV International Colloquium Plastics Technology de septiembre de 2022. El investigador de IKV, Frederik Block, describió el desarrollo y las pruebas en Aachen durante una presentación sobre la integración del refuerzo de fibra sin fin en el proceso de moldeo por compresión de termoplásticos reforzados con fibra larga (LFT).

Bloquear; Roman Bouffier, director de investigación de Kautex Textron; y Nicolay Bergmann, ingeniero senior de desarrollo, dijeron que la resistencia de alto impacto es importante para resistir el daño a los módulos de la batería desde la parte delantera, trasera, debajo de la carrocería (perforación de bolardo) y el impacto de aterrizaje del vehículo.

Block describió pruebas de nivel de componentes en vigas acanaladas termoplásticas de fibra larga de fibra de vidrio/nylon 6 con fibra de vidrio, reforzadas con lámina orgánica producida en el Instituto Fraunhofer de Tecnología Química (ICT) de Pfinztal, Alemania, en un proceso LFT directo. Como todos fallaron inicialmente en el límite de 100 kN, Block dispuso varias estructuras de costillas una al lado de la otra para mejorar la distribución de la carga.

Bouffier señaló los desafíos con las carcasas de diseño de metal actuales. Utilizan estructuras envolventes de chapa de acero o aluminio embutido y refuerzo interior de perfiles de aluminio fundido a presión y extruido y soldado, con orificios laboriosamente cortados y fresados ​​en los perfiles extrusionados.

La carcasa Pentatonic pesa 55 kilogramos en comparación con los 61 kg y los 89 kg de las carcasas equivalentes de aluminio y acero, respectivamente. Ofrece ventajas clave de diseño de plástico de un 15 % de ahorro de peso, un 20 % de ahorro de costes y un 45 % menos de emisiones de CO2 que las carcasas de metal [93 kg menos que el aluminio, 556 kg menos que el acero, más de 200 000 km], afirmó Bouffier.

La carcasa tiene un alto grado de integración de componentes funcionales y está moldeada en un proceso de una sola vez, con bridas sin juntas, perfiles UD verticales en lugar de perfiles metálicos, integración de roscas de tornillo y "enrutamiento seguro del refrigerante", enfatizó Bouffier.

El gerente de ingeniería de Kautex Textron, Havya Premkumar, dijo a principios de año: "Lo que es único acerca de nuestro sistema de batería Pentatonic es que no requiere refuerzos metálicos. A diferencia de las carcasas de batería de acero y aluminio inflexibles, Pentatonic ofrece una solución personalizable y liviana que beneficia la integración de funciones. y gestión térmica".

Bouffier se refirió a la resistencia al fuego interna y externa. En vista del uso del grado B24CMH 2.0 de GF-nylon 6 y la lámina compuesta Tepex Dynalite 102-RGUD600 moldeada por compresión de Lanxess Germany GmbH con sede en Colonia, Alemania (Hall 6, Stand C76-C78), se le preguntó a Bouffier si la llama UL94 VO Se necesita material retardante. Él respondió: "No necesariamente necesitamos V-0, pero un diseño inteligente con tanto retardo de llama como sea necesario determina si se pasan las pruebas de fuego".

El compromiso de Kautex Textron con las carcasas de baterías termoplásticas ha sido confirmado por su anuncio de agosto de 2021 de expansión de la producción en la planta de Pinghu, China, con la instalación de una línea D-LFT basada en una prensa de 5.500 toneladas, específica para carcasas de baterías pentatónicas y destinada a sirviendo a más de cinco clientes locales.

Bouffier admitió la evaluación del material a base de polipropileno, pero fue rechazado debido a que su resistencia al calor es 10 °C inferior a la del nailon. Rudolf Stauber de Stauber-Engineering, anterior gerente de BMW, dijo que el transporte de vehículos por ferrocarril, carretera o barco causa daños por impacto repetitivo. Por lo tanto, se debe usar algo de amortiguación. Otro exgerente de BMW, Hans Schwager de Consulting4Carbon, quien anteriormente lideró el desarrollo de la estructura del habitáculo de fibra de carbono del BMW i3, preguntó acerca de las variaciones de temperatura, a lo que Bouffier respondió que esto no había sido probado.

Bouffier sugirió que los fabricantes de automóviles pueden hablar mejor sobre el reciclaje, pero sugirió que el nailon en las carcasas de las baterías al final de su vida útil podría, en teoría, disolverse en una solución y las fibras de vidrio residuales triturarse y usarse para otros fines, debido al acortamiento de la longitud de la fibra durante el triturado, "si idealmente tener un circuito cerrado". Stauber se mostró escéptico y dijo: "Muchos automóviles son propiedad de particulares, cuyos vehículos tienen varias piezas desmontadas, mientras que el resto va a una de las 66 trituradoras en Alemania. No volverán a Kautex; esta industria está regulada y dirigida por el mercado. por los políticos".

Bouffier explicó que se eligió el moldeo por compresión como un "proceso de fabricación versátil y maduro, excelente cuando se aplica con un refuerzo de fibra continuo largo", tanto para D-LFT, GMT o compuesto de moldeo en lámina reforzado con fibra (SMC) a base de resina de poliéster o viniléster. . Admitió que hay margen de mejora en la simulación de orientación de fibra. Y aunque el blindaje electromagnético no se había "resuelto intrínsecamente, existen soluciones".

IKV también investiga carcasas de batería SMC. Así quedó claro en una presentación de la investigadora de IKV Vera Austermann y en las piezas expuestas en el laboratorio de composites de IKV en Aquisgrán-Melaten. Austermann describió el modelado y la validación del refuerzo de cinta de estopa impregnada con resina de fibra de carbono local continua externa y/o local de SMC para carcasas de baterías. Esto se relaciona con la mejora de las propiedades mecánicas del "material SMC de bajo costo comparable".

Este enfoque "híbrido SMC", basado en CF towpregs de SGL Carbon SE con sede en Wiesbaden, Alemania, y compuesto SMC de poliéster insaturado reforzado con fibra de vidrio al 40 por ciento de Polynt SpA con sede en Scanzorosciate, Italia, podría formar la base para carcasas de baterías híbridas SMC reforzadas internamente por una combinación de costillas sinusoidales SMC y perfiles pultruidos reforzados con fibra de carbono, sugirió Austermann.

Austermann dijo que los towpregs precurados con "FC de 45 gramos" representan el 3 por ciento del peso de la pieza, pero dan como resultado un 20 por ciento menos de deformación en el eje z. Un demostrador híbrido de SMC que combina un refuerzo de remolque impregnado con un contenido local de CF del 4 por ciento con una estructura de choque de costilla sinusoidal interna mostró un comportamiento de fractura dúctil en lugar de frágil. Soportó una fuerza un 57 por ciento mayor y mostró un aumento del 317 por ciento en la absorción de energía.

El trabajo en curso en IKV incluye "una evaluación en profundidad de los procedimientos de reciclaje, el potencial de ahorro de CO2 y la reducción del tiempo de ciclo", dijo Austermann. Curiosamente, Kautex Textron fue socio en el proyecto hybridSMC, que se completó a fines de 2021.

IKV utilizó equipos de Frimo Group GmbH con sede en Lotte, Alemania (pabellón 13, stand C60) instalados en el laboratorio de compuestos de IKV y en el cercano centro de soluciones de ingeniería ligera AZL Aachen GmbH en el mismo campus universitario RWTH que IKV. La simulación se realizó con software de SimpaTec Simulation & Technology Consulting GmbH, con sede en Aquisgrán (Hall 13, Stand A94).

Kautex Textron GmbH & Co. KG

Pabellón 14, stand C16

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