Les plastiques font leur étui dans les boîtiers de batterie

Dec 09, 2023

Stephen Moore | 02 juil. 2022

Alors que la production de véhicules électriques (VE) s'accélère et que le développement des infrastructures de recharge rend les trajets plus longs plus réalisables, il incombe aux constructeurs automobiles de réduire davantage la masse des véhicules. L'une des applications restantes relativement inexploitées est le boîtier de la batterie. Plusieurs alliances et entreprises individuelles rivalisent pour développer des solutions commerciales.

Lanxess et Kautex Textron, par exemple, expérimentent des résines thermoplastiques directes à fibres longues (D-LFT) et polyamide 6 (PA 6) dans une étude de faisabilité. Aimplas, quant à elle, développe des boîtiers de batterie structuraux durables pour véhicules légers à base de composites thermoplastiques à fibres longues réutilisables et recyclables. Les batteries déchargées seront remplaçables à chaud. Dans d'autres développements, le consortium Vestaro adopte une nouvelle approche basée sur des composés de moulage en feuille légers pour les boîtiers de modules de batterie haute tension.

Des percées sont également réalisées dans les composants périphériques des batteries EV, avec Lanxess à nouveau au premier plan. Selon le fournisseur de nylon, le PA 6 et le PA 66 sont des matériaux aux propriétés très similaires, mais ils sont souvent en concurrence l'un avec l'autre. Récemment, la situation tarifaire tendue du PA 66 et sa disponibilité temporairement limitée ont entraîné son remplacement par le PA 6 même dans les applications traditionnelles. Cependant, de nouveaux développements dans les composants qui ont généralement été fabriqués à partir de PA 66 sont maintenant de plus en plus directement mis en œuvre dans PA 6.

Un exemple actuel est le couvercle d'un chargeur de batterie embarqué utilisé dans un véhicule électrique compact fabriqué par un constructeur automobile allemand. Il est composé de Durethan BKV50H3.0 de Lanxess, qui est fortement renforcé avec 50% en poids de fibres de verre courtes. Le fabricant du système composé du couvercle et du chargeur est Leopold Kostal GmbH & Co. KG (Luedenscheid, Allemagne), un fournisseur mondial de systèmes électriques automobiles, industriels et solaires ainsi que de systèmes de connecteurs électriques.

Cette application à grande échelle souligne le fait que les composés PA 6 ne doivent pas nécessairement être stabilisés par hydrolyse pour être utilisés dans des applications de refroidissement avec des liquides de refroidissement glycol-eau dans les véhicules électriques. "Nous supposons qu'à l'avenir, les produits en polyamide 6 de ce type deviendront très courants dans la production de masse de capots et autres composants de gestion thermique pour véhicules électriques. C'est notamment le cas pour des applications telles que les connecteurs de fluides ou les unités de contrôle dans le refroidissement. ", explique le Dr Bernhard Helbich, responsable technique des grands comptes au sein de l'unité commerciale des matériaux haute performance de Lanxess.

Les composants plastiques du circuit de refroidissement des moteurs à combustion ont longtemps été le domaine du PA 66. En effet, le thermoplastique est très résistant aux liquides de refroidissement chauds tels que les mélanges eau-glycol. Cependant, les exigences en matière de gestion thermique des groupes motopropulseurs purement électriques évoluent vers des températures plus basses. Pour les véhicules tout électriques, la résistance thermique à long terme des mélanges polyamide 6 aux mélanges eau-glycol est suffisante pour la plupart des pièces, même pour des durées de sollicitation nettement plus longues dans certains cas. Ainsi, le couvercle résiste en permanence à des températures jusqu'à 85°C pendant le fonctionnement du véhicule sans aucun problème et des charges d'éclatement jusqu'à 10 bar sont atteintes. Des tests à long terme sur des échantillons ont également révélé que les propriétés mécaniques du composé dans les mélanges eau-glycol ne diminuent guère. même après 1 500 heures de stockage à 110°C et une pression de 1,5 bar. En conséquence, le matériau répond aux exigences techniques d'un grand constructeur automobile allemand pour les composants refroidis à l'eau des véhicules électriques.

Avec environ 29 cm de long et 12 cm de large, le couvercle a une longueur de rebord considérable. Le couvercle, avec un joint, est vissé au boîtier en aluminium du chargeur. La résistance et la rigidité élevées du composé PA 6 garantissent que le couvercle répond aux exigences strictes d'étanchéité. Helbich commente : « À cette fin, nous avons optimisé les propriétés mécaniques des composants en étroite collaboration avec Kostal et, en simulant le remplissage, nous avons déterminé comment les valeurs minimales de retrait et de gauchissement peuvent être atteintes dans le processus de moulage par injection.

De plus, Durethan BKV50H3.0 utilise une stabilisation thermique H3.0 sans cuivre qui n'entraîne pas de corrosion électrique sur les pièces métalliques du circuit de refroidissement. Il résiste aux fluides généralement présents dans le fonctionnement des véhicules électriques, tels que les huiles, les graisses, l'électrolyte de batterie et le sel de voirie.

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