Envalior presenteert best practices om de veiligheid en betrouwbaarheid van EV's te vergroten tijdens de SPE EAV-conferentie van 2023

De Society of Kunststoffen Engineers (SPE) organiseerde in april 2023 de conferentie Electric & Autonomous Vehicle (EAV) 2023 in Troy, Michigan. Keith Kauffmann, application development engineer voor Envalior, voorheen Envalior en Lanxess Performance Materials, presenteerde een sessie over ons Volgende Gen Materials to Increase Safety and Reliability in Elektrisch Powertrains tijdens de driedaagse conferentie die werd bijgewoond door meer dan 700 industrie professionals.

De presentatie van Kauffmann concentreerde zich op hoe elektrische voertuigen (EV's) een verandering teweegbrengen in de vereiste prestaties van technische thermoplasten en het lopende onderzoek en ontwerp bij Envalior om materialen te ontwikkelen die voldoen aan EV prestatiebehoeften van toepassingen.

Nieuwe toepassingen en trends brengen nieuwe kansen in de industrie

Naarmate de industrie overgaat van verbrandingsmotor (VERBRANDINGSMOTOR) naar EV voertuigen, vindt er een transformatie plaats in de aandrijflijn architectuur en tankbron - van benzine naar opladen. Aangezien accu's, aandrijfmotoren en hoogspanningsconnectoren de belangrijkste componenten van de EV aandrijflijn worden, zijn er technische gevolgen voor materialen die in alles deze toepassingen worden gebruikt, zoals:

• Een daling van de totale bedrijfstemperaturen van voertuigen voor EV's, wat leidt tot een afname van de oxidatieve afbraak van onderdelen als gevolg van hoge temperaturen
• Langere blootstellingstijden aan water/glycoloplossingen, aangezien accu's doorgaans constant moeten worden koeling, zelfs nadat het voertuig niet in gebruik is
• Een afname van de hoeveelheid slijtage en wrijving zorgen – er is nog steeds slijtage en wrijving in EV's met motoren en lagers, maar het is in mindere mate dan voor VERBRANDINGSMOTOR technologie
• Een afname van de traditionele oliën, zoals motor smeeroliën waarvoor olie weerstand nodig is voor elk plastic aandrijflijn onderdelen.
• Een toename van het gebruik van oliën voor koeling hoog vermogen dichtheid E-motoren

Bijkomende technische gevolgen voor EV's zijn onder meer de behoefte aan materialen met een hoge CTI (vergelijkende volgindex) en hogere elektrisch isolatiemogelijkheden vanwege hoogspanningsbatterijsystemen.

De trends zijn hogere laadsnelheden en de overgang van platforms met een lagere naar een hogere spanning, van 400V naar 800V en hoger. Dit heeft geleid tot de behoefte aan hogere isolatie-eisen en effectievere koeling.

"Een lagere stroom vermindert het warmteverlies en stelt je in staat om de pieklaadsnelheid voor een langere tijd vast te houden, en een van de meest effectieve manieren om de laadsnelheid te verhogen, is door de spanning te verhogen in plaats van de stroom. Daarom zien we batterijsystemen met een hogere spanning. Maar hoezeer we ook proberen de balans tussen stroom en spanning te vinden om het laadvermogen aan te pakken, snelladen kan resulteren in een hoge plaatselijke verwarming die koeling en zeer isolerende materialen vereist", legt Kauffmann uit.

Een andere impact op technische trends is de behoefte aan olie koeling voor E-motoren. Plastic componenten in de motoren moeten bestand zijn tegen E-motoroliën met langdurige blootstellingspercentages.

"Bij het overwegen van de brandstofcel- en EV architecturen zijn er veel verschillende soorten uitdagingen waarmee rekening moet worden gehouden, waaronder CTI voor en na veroudering, veroudering van olie, elektrisch corrosie en langdurige blootstelling aan koelvloeistof", voegde Kauffmann eraan toe. "Het is belangrijk om isolerende en mechanisch eigenschappen te behouden, en dit vereist inzicht in de effecten van langdurige veroudering over de juiste temperatuur bereiken."

Oplossen van scheuren in hoogspanningscomponenten thermische schok cycli

Een van de belangrijkste problemen voor overgegoten rails is de ontwikkeling van scheuren als gevolg van thermische schok fietsen. Het is van cruciaal belang dat scheuren worden voorkomen om lekstroom te stoppen. In veel van deze EV componenten is plastic overgegoten tot metaal, meestal koper. Tijdens thermisch cyclus kunnen scheuren optreden als gevolg van spanning opbouw in de plastic vanwege de verschillen in CLTE (lineaire thermische uitzetting coëfficiënt) tussen de plastic en het koper.

Het eerste staafdiagram toont de CLTE van PPS (machinerichting en dwarsrichting) en het tweede staafdiagram toont thermisch spanning van PPS in beide richtingen.

"Envalior begrijpt wat thermisch scheuren veroorzaakt en we weten hoe we dit kunnen aanpakken met een optimale glasoriëntatie , onderdeelontwerp en matrijsontwerp", aldus Kauffmann.

Betrouwbaarheid garanderen in automotive elektronische toepassingen

Het beheersen van de hoeveelheid halogeniden in connectoren, sensoren, ECU's en PCU's is essentieel. Aangezien connectoren een grotere rol afspelen spelen in EV architectuur, is de betrouwbaarheid van de terminal van cruciaal belang. Factoren zoals hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid, reactieve gassen, elektrisch potentiaal en tijd kunnen leiden tot corrosie. Anorganische halogeniden en ionische additieven die worden gebruikt om de vlamvertragende prestaties van kunststoffen te verbeteren, kunnen zuren vormen die elektrisch contacten aantasten na langdurige blootstelling aan vocht en hitte. Dit kan leiden tot defecten aan elektronische componenten die de veiligheidsvoorzieningen van het voertuig in gevaar kunnen brengen.

"Voor connectoren en sensoren is het een doel om halogeniden onder de 100 ppm te houden, met & 50 ppm in meer kritieke toepassingen", aldus Kauffmann. "Onze FR-materialen liggen in het bereik van 20-30ppm (standaard)."

Kauffmann voegde eraan toe: "We zien een focus op een toegenomen behoefte om UL94 brandbaarheid testvereisten te overwegen voor veel EV plastic toepassingen, vooral wanneer de materialen zich in de buurt van HV-componenten bevinden. We zien vaak dat UL94 V0 brandsterkte vereist is met af en toe een 5VA-classificatie vereist."  

Envalior heeft verschillende halogeenvrije materialen die voldoen aan V0, waaronder PA6, PA66, PA46, PA410, PPS en PPA's.