Einfache Montage von EV-Batteriepacks & Robuste, effiziente Batterien mit Norseal® PF-Kompressionspads
Die Revolution der Elektrofahrzeuge (EV) schreitet unaufhaltsam voran. Im Jahr 2008 gab es in den Vereinigten Staaten weniger als 500 Ladestationen für Elektrofahrzeuge; im vergangenen Jahr waren es über 47.000. Noch vor 10 Jahren hatten nordamerikanische Autokäufer nur vier Modelle von Batterie- oder Brennstoffzellen-Elektroautos zur Auswahl; heute gibt es über 50 Elektro- und Hybridfahrzeuge auf dem Markt. Auch der Markt für EV-Batterien steht vor einem dramatischen Wachstum, wobei aktuelle Prognosen eine jährliche Wachstumsrate von 20 % (CAGR) bis zu einem Marktvolumen von 15 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 vorhersagen.
Dieses dramatische Wachstum erfordert erhebliche Verbesserungen in der Batterie- und Modulbauweise. Verbesserte Widerstandsfähigkeit bei sowohl heißen als auch kalten Temperaturen wird notwendig sein, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und die Reichweite zu verbessern. Die Produktionskosten für Batteriemodule müssen sinken, und die Reduzierung der Anzahl der Fertigungsschritte sowie der Komplexität dieser Schritte wird es ermöglichen, die Automatisierung einzusetzen, um die Modulkosten zu senken. Eine Verringerung des Batteriegewichts und der Größe kann auch die Materialkosten für Fahrzeuge senken und die Reichweite verbessern. Diese unterschiedlichen Herausforderungen scheinen alle verschiedene Lösungen zu erfordern – glücklicherweise können die Kompressionspads der Saint-Gobain® Norseal PF-Serie helfen, alle gleichzeitig zu bewältigen.
Temperaturprobleme bei Lithium-Ionen-Batterien
Die Batterieleistung bei kaltem Wetter ist für Elektro- und Hybridfahrzeuge unerlässlich. Niedrige Temperaturen verlangsamen die chemische Reaktion beim Laden und Entladen, was die Effizienz der Batterie beeinträchtigt. Auch die Batteriebestandteile selbst werden durch extreme Kälte verändert; Kunststoffe werden spröde und Elastomere steif und ermüden beispielsweise. Die Gesamtauswirkung trägt sowohl zur verringerten Reichweite als auch zur verkürzten Lebensdauer der Batterie bei.
Forschungen haben ergeben, dass eine optimale Batterielebensdauer erreicht wird, indem die Batterie „atmen“ kann, während gleichzeitig genügend Druck ausgeübt wird, um elektrische und thermische Verbindungen zu sichern – ein Prozess, der bei großen Batteriepaketen mit vielen Zellen eine Herausforderung darstellen kann. Wenn eine Batterie aufgeladen wird, können Veränderungen in ihrer inneren Chemie tatsächlich dazu führen, dass sie sich physisch verändert und ausdehnt, was zu einer Delaminierung der inneren Zellen und Komponenten oder einer Verformung des Batteriepakets führen kann.
Kompressionspads – auch als dielektrische Schäume bezeichnet – sind dafür verantwortlich, Druck auf die Oberfläche einer Pouch-Zelle (und in einigen Fällen auch auf prismatische Zellen) aufrechtzuerhalten. In vielen Fällen isolieren sie auch die Zellen, um eine gleichmäßige Oberflächentemperatur zu fördern. Wenn das elastomere (gummiartige) Kompressionspad bei niedrigen Temperaturen eine schlechte Widerstandsfähigkeit oder schlechte Rückgewinnung zeigt, entstehen Mikrorisse, die letztendlich zu Ermüdung führen. Das Ergebnis kann wenig oder gar kein Oberflächendruck auf die Zelle sein, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt.
Kompressionspads halten genügend Druck auf das Batteriepaket aufrecht, um sichere elektrische und thermische Verbindungen zu gewährleisten, während sie gleichzeitig ermöglichen, dass sich das Paket selbst ausdehnt und seine Form verändert. Die federähnlichen Eigenschaften des Schaums lenken und geben Energie zurück und verteilen sie dann über einen Bereich von Kompressionsmengen – eine Eigenschaft, die als Kompressionskraftablenkung (CFD) bezeichnet wird. Die Schaumstoffpolsterung ist auch äußerst widerstandsfähig gegen dauerhafte Verformung bei extremem Druck oder Kompressionsbelastungen und bleibt typischerweise über die Lebensdauer des Batteriepakets hinaus wirksam.
Um diesen Effekt zu bewerten, kann die Kältewiderstandsfähigkeit verschiedener auf dem Markt erhältlicher Kompressionspads getestet werden. Die Ergebnisse für PF47 Series mikrozellulären Polyurethanschaum im Vergleich zu einem konkurrierenden mikrozellulären PUR-Schaum werden im Diagramm unten verglichen.
Saint-Gobain Norseal PF-Serie Materialien haben eine hervorragende Fähigkeit, niedrigen Temperaturen standzuhalten, und bieten dadurch eine bessere, konsistentere Widerstandsfähigkeit über einen breiteren Temperaturbereich als andere PUR-Lösungen auf dem Markt. In Bezug auf Überhitzung bei hohen Temperaturen werden die isolierenden Eigenschaften des Schaums durch Kompression nicht negativ beeinflusst – sie fördern die Wärmeableitung in den Kühlkörper, anstatt sich auf benachbarte Zellen auszubreiten. Überhitzung ist der Hauptgrund für Batterie- und Elektronikfehler.
Anfangshaftung und Anpassung der Schaumstoffoberfläche
Die Batterieproduktion muss erheblich gesteigert werden, um die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen zu decken, was bedeutet, dass die Automatisierung künftig eine größere Rolle bei der Batterieproduktion und der Montage von Batteriepaketen spielen wird. Da die Automatisierung immer stärker Fuß fasst, wird es entscheidend sein, die Anzahl der Schritte und Teile im Herstellungsprozess zu minimieren. In vielen Fällen, wenn Kompressions- oder Toleranzpads zwischen den Zellen liegen, ist ein zusätzlicher Schritt erforderlich, um die Pads während der Montage an den einzelnen Zellen zu befestigen – dies geschieht häufig durch Klebstoff oder Leim. Der Nachteil von Klebstoffen besteht darin, dass das Pad von der Zelle entfernt werden muss, wenn ein Ausrichtungsfehler auftritt, was zu Material- und Kostenverschwendung führt. Solche Korrekturen wirken sich auch auf den Produktionsprozess aus, indem sie eine ansonsten reibungslos laufende Produktionslinie verlangsamen oder stoppen.
Um dieses Problem zu lösen und den Prozess einfacher zu automatisieren, wurden Norseal PF-Serie Pads entwickelt, die eine inhärente Anfangshaftung aufweisen, wodurch Klebstoff oder Leim überflüssig wird. Im Falle eines Fehlers kann das Pad leicht abgezogen und ersetzt werden, ohne Material zu verschwenden. Die Anfangshaftung wird mit einer speziell entwickelten Methode gemessen, die die Anwendung simuliert. Die Anfangshaftung der Norseal PF-Serie wird im Vergleich zu Konkurrenzpads im Diagramm unten dargestellt.
Für bestimmte Anwendungen ist Anfangshaftung möglicherweise nicht erforderlich. Die Norseal PF-Serie umfasst daher eine Option, die Pad-Oberfläche weniger klebrig oder nicht klebrig zu machen. Für die Kompatibilität mit anderen automatischen Montageprozessen sind PF-Serie Produkte auch mit entweder einer abziehbaren oder einer permanenten PET-Folie erhältlich.
Dicken- und Dichtebereich
Norseal PF-Serie Produkte bieten den breitesten Dickenbereich in der Branche, selbst bei Dichten von nur 150 kg/cm3. Eine niedrige Dichte ist entscheidend, um das Gesamtgewicht des Moduls, des Pakets und des Fahrzeugs selbst zu minimieren. PF-Serie Produkte haben eine wichtige Hürde überwunden, um Dicken von nur 1,5 mm bei Dichten von 150 kg/m3 zu erreichen.
Die anpassbaren Dichten der PF-Serie sind darauf ausgelegt, Szenarien zu bewältigen, in denen die Zellchemie und -typen (zum Beispiel prismatisch versus Pouch) festere Schäume erfordern, um Zellschwellungen mit höheren Kräften standzuhalten. Die PF-Serie bietet eine einzigartige Kombination aus sowohl geringer Dicke als auch niedriger Dichte als eigenständiger Schaum, während die Schäume anderer Hersteller eine zusätzliche Filmschicht benötigen, um eine ähnliche Kombination aus Dichte und Dicke zu erreichen.
Länger haltbare EV-Batterien bauen
Verbesserungen in der Batteriefertigungstechnologie sind entscheidend, um das Versprechen von effizienten, kostengünstigen und langstreckentauglichen Elektrofahrzeugen zu erfüllen. Moderne Schaumstoffmaterialien wie die Norseal PF-Serie arbeiten zuverlässig und effizient über breite Temperaturbereiche, unterstützen verbesserte Automatisierung in den Herstellungs- und Platzierungsprozessen und bieten ein geringes Gewicht bei gleichzeitig verbesserter Batterierobustheit. Ihre Verwendung wird entscheidend für das Wachstum von Elektrofahrzeugen und eine insgesamt grünere Zukunft sein.
Erfahren Sie mehr über Norseal PF-Serie mikrozelluläre PUR-Klebebandlösungen oder kontaktieren Sie Ihren lokalen Vertreter für persönliche Informationen.
