Battaglia per la scatola

Dec 26, 2023

Che si chiami pacchi, scatole o vassoi, le strutture che avvolgono e proteggono le celle delle batterie dei veicoli elettrici e l'hardware di supporto elettrico e di gestione termica sono tra le principali priorità dei sottosistemi del settore. L'ottimizzazione del pacco batteria comporta una serie di scelte di produzione e materiali, compromessi di massa e confezione, disposizioni di sicurezza e sfide di progettazione / ingegneria strutturale, hanno detto a SAE Media gli esperti di OEM e fornitori.

"Vuoi che il pacco batteria sia imbullonato nel veicolo o integrato nella struttura della carrozzeria?" ha chiesto Darren Womack, Senior Department Manager, Body and Structures, del gruppo globale di ricerca e sviluppo di Magna. Stampaggio a caldo, stampaggio a freddo, profilatura, idroformatura, fusione e acciaio, alluminio, compositi e materiali termoplastici stanno tutti sollevando "vivaci discussioni" nello sviluppo delle confezioni, ha affermato in un recente incontro di analisti.

Gli OEM vogliono chiaramente eliminare la struttura ridondante per ottimizzare lo spazio del pacchetto e ridurre massa e complessità, ha affermato Womack. L'integrazione della batteria del veicolo elettrico nella piattaforma circostante comporta varie configurazioni. Il design cella-pacchetto, attualmente in produzione presso BYD, elimina la fase del modulo intermedio, inserendo le celle direttamente nel pacco. La tecnologia cellula-telaio integra la cella della batteria con il telaio del veicolo, la trazione elettrica e la gestione termica. Tutti i componenti della batteria sono alloggiati nella carrozzeria bianca del veicolo, eliminando il pacco separato.

In tali configurazioni, oggetto di indagine da parte di Tesla e altri, la parte superiore del telaio e la struttura laterale del veicolo fungono anche da piastra inferiore e dai lati della batteria. In questo connubio, l’integrità degli urti, l’assemblaggio accurato della confezione e la tenuta robusta sono fondamentali.

"Ogni OEM vorrà un 'playbook', un menu di opzioni basato sui propri criteri, tra cui il fattore di forma delle celle, le dimensioni della batteria e il veicolo", ha spiegato Mario Greco, direttore della strategia e del marketing, Global Automotive, presso lo specialista dell'alluminio Novelis. "Non esiste un'unica soluzione per gli involucri delle batterie che sia adatta a tutti."

Ad esempio, una soluzione per volumi elevati può essere una custodia stampata in un unico pezzo. Potrebbe includere una struttura di raffreddamento integrata perché l'architettura del veicolo si presta a un design da cella a telaio rispetto a un design da cella a pacco, ha affermato. "Penso che vedremo una convergenza tra le architetture 'skateboard' e unibody di prossima generazione", ha affermato Greco, "perché gli operatori storici OEM che stanno entrando nel mercato dei veicoli elettrici hanno architetture unibody completamente nuove progettate per servirli per un bel po' di tempo." Mentre."

Nonostante il notevole carico di massa dei pacchi batteria al litio raffreddati a liquido, miglioramenti nella riduzione della massa dei veicoli elettrici sono ancora possibili, secondo Gregor Klement, ingegnere capo globale, Battery Trays, presso Magna. "Guardando al futuro, vediamo una sempre maggiore integrazione della batteria nella carrozzeria del veicolo", ha affermato, dove sia i metalli leggeri che i compositi svolgono un ruolo importante. "Il reparto di ricerca e sviluppo di Magna sta lavorando su soluzioni cellula-telaio e vediamo che i clienti guardano nella stessa direzione. Eliminando le parti strutturali ridondanti, vediamo l'opportunità di un buon miglioramento in termini di peso e costi." Ma ritiene che il peso della batteria probabilmente non sarà mai completamente compensato.

Con l’elettrificazione dei veicoli ancora nella sua fase nascente, gran parte dello sviluppo di sottosistemi per veicoli elettrici è sulla strada critica, ha affermato Jeremy Loveday, Program Engineering Manager per il superlusso 2024 Celestiq di Cadillac. In questo scenario, i Tier 1 offrono soluzioni sia a breve che a lungo termine per la valutazione OEM. Il concetto di box batteria 3 in 1 di DuPont presentato alla fine del 2022 è un nuovo esempio di design modulare che consolida il raffreddamento delle celle, l'interconnessione elettrica e i componenti strutturali. Il suo alloggiamento è realizzato in Zytel HTN dell'azienda, una poliammide a base di nylon in grado di resistere alle alte temperature.

Secondo Frank Billotto, responsabile dello sviluppo aziendale dei materiali per batterie nel gruppo Mobility and Materials di DuPont, il concetto prevede un raffreddamento semi-diretto (le celle vengono raffreddate attraverso le loro linguette) e un facile assemblaggio tramite interconnessioni elettriche. Ha affermato che il design consente batterie con una maggiore densità di energia, migliorando l’autonomia del veicolo e l’efficienza del pacchetto.