Envalior präsentiert Best Practices zur Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen während der SPE EAV-Konferenz 2023

Die Society of Kunststoffe Engineers (SPE ) veranstaltete im April 2023 die Konferenz Electric & Autonomous Vehicle (EAV) 2023 in Troy, Michigan. Keith Kauffmann, Anwendungsentwicklungsingenieur bei Envalior, ehemals Envalior und LANXESS Performance Materials, präsentierte während der dreitägigen Konferenz, an der mehr als 700 Branche Fachleute teilnahmen, eine Sitzung über Nächster Gen Materialien to Increase Safety and Reliability in Elektrik Powertrains.

Kauffmanns Präsentation konzentrierte sich auf die Frage, wie Elektrofahrzeuge (EVs) eine Veränderung der erforderlichen Leistung von technischen Thermoplaste vorantreiben, sowie auf die laufende Forschung und das Design bei Envalior, um Materialien zu entwickeln , die ELEKTROFAHRZEUG Anforderungen an die Anwendungsleistung erfüllen.

Neue Anwendungen und Trends bringen neue Chancen in der Branche

Mit dem Übergang der Branche von Verbrennungsmotoren (Verbrennungsmotoren) zu Elektrofahrzeugen kommt es zu einem Wandel in der Architektur des Antriebsstrangs und der Betankungsquelle - von Benzin zu Laden. Da Batteriepacks, Antriebsmotoren und Hochspannungssteckverbinder zu den Hauptkomponenten des Antriebsstrangs von Elektrofahrzeugen werden, gibt es technische Auswirkungen auf Materialien, die in allen dieser Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel:

• Ein Rückgang der Gesamtbetriebstemperaturen von Elektrofahrzeugen für Elektrofahrzeuge, was zu einer Verringerung der oxidativen Zersetzung von Teilen aufgrund hoher Temperaturen führt
• Längerfristige Expositionszeiten gegenüber Wasser/Glykol-Lösungen, da Batteriepacks in der Regel eine konstante Kühlung erfordern, auch wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist
• Eine Verringerung des Verschleißes und der Reibung - es gibt immer noch Verschleiß und Reibung in Elektrofahrzeugen mit Motoren und Lagern, aber in geringerem Maße als bei der Verbrennungsmotoren
• Eine Abnahme der herkömmlichen Öle, wie z. B. Motor Schmieröle, die Öl benötigen, Widerstand für alle Kunststoff Antriebstrang Teile.
• Zunehmender Einsatz von Ölen zur Kühlung von E-Motoren mit hoher Dichte

Zu den weiteren technischen Auswirkungen für Elektrofahrzeuge gehören der Bedarf an Materialien mit hohem CTI (Vergleichender Nachverfolgungsindex) und höhere Elektrik Isolationseigenschaften aufgrund von Hochvolt-Batteriesystemen.

Die Trends sind schnellere Ladegeschwindigkeiten und der Wechsel von Plattformen mit niedrigerer zu höherer Spannung, von 400 V auf 800 V und mehr. Dies hat den Bedarf an höheren Isolieranforderungen und einer effektiveren Kühlung erhöht.

"Ein niedrigerer Strom verringert den Wärmeleistungsverlust und ermöglicht es Ihnen, die Spitzenladegeschwindigkeit für eine längere Zeit aufrechtzuerhalten, und eine der effektivsten Möglichkeiten, die Ladegeschwindigkeit zu erhöhen, besteht darin, die Spannung anstelle des Stroms zu erhöhen. Daher sehen wir Batteriesysteme mit höherer Spannung. So sehr wir auch versuchen, das Gleichgewicht zwischen Strom und Spannung zu finden, um die Ladeleistung zu erreichen, kann schnelles Laden zu einer hohen lokalen Erwärmung führen , die Kühlung und hochisolierende Materialien erfordert ", erklärte Kauffmann.

Ein weiterer Aufprall auf technische Trends ist der Bedarf an Kühlung von Öl für E-Motoren. Kunststoff Komponenten in den Motoren müssen beständig gegen E-Motorenöle mit Langzeitbelastung sein.

"Bei der Betrachtung der Architekturen von Brennstoffzellen und Elektrofahrzeugen gibt es viele verschiedene Arten von Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen, einschließlich CTI vor und nach der Alterung, Ölalterung, Elektrik und langfristige Kühlmittelexposition", fügte Kauffmann hinzu. "Es ist wichtig, die isolierenden und mechanischen Eigenschaften beizubehalten, und dies erfordert ein Verständnis der Auswirkungen der langfristigen Alterung über die entsprechenden Temperaturen ."

Beheben von Rissen beim thermischen Schock von Hochspannungskomponenten

Eines der Hauptprobleme bei umspritzten Stromschienen ist die Rissbildung durch thermischen Schock. Es ist wichtig, dass Risse verhindert werden, um den Leckstrom zu stoppen. In vielen dieser Komponenten von Elektrofahrzeugen wird Kunststoff zu Metall, typischerweise Kupfer, umspritzt. Während des thermischen Wechsels kann es aufgrund von Spannungen im Kunststoff aufgrund der Unterschiede im CLTE (Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung) zwischen dem Kunststoff und dem Kupfer zu Rissen kommen.

Das erste Balkendiagramm zeigt CLTE von PPS (Maschinenrichtung und Querrichtung) und das zweite Balkendiagramm zeigt die thermische Spannung von PPS in beide Richtungen.

"Envalior versteht, was thermische Risse verursacht, und wir wissen, wie wir dies mit optimaler Glasausrichtung , Teiledesign und Formendesign angehen können", sagte Kauffmann.

Zuverlässigkeit in elektronischen Anwendungen in der Automobilindustrie sicherstellen

Die Kontrolle der Menge an Halogeniden in Steckverbindern, Sensoren, Steuergeräten und PCUs ist von entscheidender Bedeutung. Da Steckverbinder eine größere Rolle in ELEKTROFAHRZEUG Architektur Play , ist die Zuverlässigkeit der Klemmen von entscheidender Bedeutung. Faktoren wie hohe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, reaktive Gase, Elektrik und Zeit können zu Korrosion führen. Anorganische Halogenide und ionische Additive, die zur Verbesserung der Flammschutzleistung von Kunststoffen verwendet werden, können Säuren bilden, die Elektrik nach längerer Einwirkung von Feuchtigkeit und Hitze korrodieren. Dies kann zu einem Ausfall elektronischer Komponenten führen, der die Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs beeinträchtigen könnte.

"Für Steckverbinder und Sensoren ist es ein Ziel, Halogenide auf weniger als 100 ppm zu halten, mit & 50 ppm in kritischeren Anwendungen", sagte Kauffmann. "Unsere flammhemmenden Materialien liegen im Bereich von 20 bis 30 ppm (Standard)."

Kauffmann fügte hinzu: "Wir sehen einen erhöhten Bedarf, die UL94-Entflammbarkeit-Testanforderungen für viele ELEKTROFAHRZEUG Kunststoff Anwendungen zu berücksichtigen, insbesondere wenn sich die Materialien in der Nähe von HV-Komponenten befinden. Wir sehen oft, dass eine UL94 V0-Brennleistung und gelegentlich eine 5-VA-Nennleistung erforderlich ist."  

Envalior verfügt über mehrere halogenfreie Materialien, die V0 erfüllen, darunter PA6, PA66, PA46, PA410, PPS und PPAs.