La sigillatura del pacco batteria è un problema di affidabilità mascherato da parte in gomma. Una guarnizione dell'involucro del pacco deve mantenere una tenuta IP67 attraverso migliaia di cicli termici tra meno 40 gradi e 85 gradi, resistere al refrigerante e al fluido dielettrico, non contribuire in alcun modo alla propagazione dell'instabilità termica e rimanere comprimibile alla fine della vita del veicolo di quindici anni. Il silicone è una delle poche famiglie di elastomeri in grado di soddisfare tutti e quattro i requisiti contemporaneamente.
Questo articolo spiega dove il silicone vince davvero nei pacchi batteria, dove no, e quali proprietà le specifiche devono effettivamente limitare.
Perché la scelta degli elastomeri si restringe così rapidamente
L'elenco dei candidati per una guarnizione del pacco batteria è breve. EPDM, fluorosilicone, FKM, HNBR e silicone sono le opzioni realistiche.
L'EPDM ha un'eccellente resistenza all'acqua e al vapore e un buon costo. La sua temperatura di servizio continuo superiore è compresa tra 125 e 150 gradi a seconda del composto, che è marginale rispetto a un pacco che può vedere una temperatura ambientale di 85 gradi più punti caldi locali ben al di sopra di quella di un evento termico.
L'FKM e il fluorosilicone gestiscono meglio la temperatura più elevata e l'esposizione agli idrocarburi, a costi notevolmente più elevati.
L'HNBR si trova tra EPDM e FKM in termini di temperatura e offre eccellenti prestazioni di fatica meccanica, motivo per cui rimane comune nelle applicazioni del gruppo propulsore e sotto-cofano.
Il vantaggio del silicone è la larghezza di banda. Temperatura di servizio continuo nell'intervallo di 200 gradi per i gradi standard, fino a circa 250 gradi per i gradi ad alta temperatura, con mantenimento dell'elasticità fino a meno 50 gradi e meno 60 gradi. Tale finestra operativa copre l'intero involucro del pacco batteria, compresa l'adiacenza termica. Il compromesso è la resistenza meccanica e la resistenza allo strappo, che sono inferiori all’EPDM o all’HNBR, e il prezzo, che è superiore all’EPDM.
La conseguenza ingegneristica: il silicone vince dove dominano la finestra di temperatura e il fabbisogno di fiamma. Perde dove la guarnizione è esposta a fluido idraulico ad alta pressione, al contatto con idrocarburi concentrati o dove la resistenza allo strappo sotto bordi metallici affilati è il vincolo vincolante.
Gradi di sigillatura del silicone e dove ciascuno si adatta
La sigillatura del pacco batteria utilizza due distinti percorsi di silicone.
LSR per guarnizioni stampate ad iniezione.La gomma siliconica liquida è adatta alla geometria complessa delle guarnizioni, alle guarnizioni sovrastampate su supporti in plastica o metallo e alla produzione in grandi volumi. I tempi di ciclo sono di decine di secondi, la ripetibilità dimensionale è elevata e la bassa viscosità consente la modellatura-di cordoni di tenuta e sezioni a labbro sottili. Il sovrastampaggio di LSR-su un supporto in poliammide o PBT è ora un'architettura di confezionamento comune perché elimina la fase di posizionamento manuale della guarnizione sulla catena di montaggio.
HTV per guarnizioni profilate ed estruse.La gomma siliconica solida è adatta a profili di tenuta estrusi lunghi, guarnizioni stampate a compressione per progetti di custodie esistenti e sezioni trasversali più grandi. Il costo degli utensili è molto inferiore a quello dell'LSR, il che è importante per le varianti a basso volume o di confezioni prototipo. I profili estrusi vengono tagliati e vulcanizzati in anelli chiusi.
Una terza via è il silicone liquido erogato come guarnizione sagomata-sul-posto, polimerizzata tramite calore o umidità ambientale in una variante di polimerizzazione per condensazione. Formato-sul-posto adatto a recinti con percorsi di tenuta lunghi e irregolari.
Le proprietà che governano effettivamente le prestazioni del pacchetto
Compressione impostata a temperatura
Questa è la proprietà più importante e quella più spesso sotto-specificata. Una guarnizione che prende un set smette di spingere contro la superficie di tenuta, la forza di tenuta diminuisce e il pacco perde IP67.
Il riferimento del test è ASTM D395 Metodo B, in cui un campione viene compresso al 25% e invecchiato a temperatura per un tempo definito. Per il funzionamento del pacco batteria, le condizioni di invecchiamento rilevanti sono in genere 70 ore a 100 gradi, 125 gradi o 150 gradi e sempre più 168 ore o 1.000 ore per i programmi che modellano la vita del veicolo.
Comportamento tipico: i gradi LSR e HTV vulcanizzati al platino- nell'intervallo da 40 a 60 Shore A mostrano comunemente deformazione permanente nella fascia dal 15 al 35% dopo 70 ore a 150 gradi, con ampia variazione in base alla formulazione. I gradi per alte temperature con sistemi di reticolazione ottimizzati spingono verso il limite inferiore. Le qualità standard per uso generale a 70 ore/100 gradi rientrano comunemente nell'intervallo compreso tra il 20 e il 30%.
Una regola pratica è quella di indicare il massimo livello di compressione impostato alla temperatura più alta sostenuta della confezione per 70 ore e separatamente al conteggio dei cicli termici.
Ritardante di fiamma
È sempre più richiesto che i materiali dell'imballaggio soddisfino lo standard UL 94 V-0 a uno spessore definito e contribuiscano al contenimento del fuoco ai sensi dello standard GB 38031 in Cina e degli standard nazionali equivalenti altrove. Ustioni da silicone standard. Il silicone polimerizzato al platino con aggiunta di ritardanti di fiamma raggiunge UL 94 V-0, ma gli additivi aumentano la durezza, riducono l'allungamento, aumentano la deformazione permanente alla compressione e aumentano i costi. La durezza ottenibile in un grado V-0 in genere inizia a un livello superiore rispetto a un grado per uso generale non riempito.
Indicare con precisione il requisito. UL 94 V-0 a quale spessore, con quale condizionamento, testato da quale laboratorio.
Rigidità dielettrica
La rigidità dielettrica del silicone è comunemente compresa tra 20 e 30 kV per mm per i gradi standard, con resistività di volume compresa tra 10 ^ 14 e 10 ^ 16 ohm cm. Ciò è importante per le guarnizioni che collegano una barra collettrice ad alta tensione o un'interfaccia del connettore, dove la guarnizione funge anche da barriera isolante. I riferimenti alle specifiche sono IEC 60243 e ASTM D149.
Conduttività termica
Il silicone standard è un isolante termico con circa 0,2 W per metro Kelvin. I materiali dell'interfaccia termica in silicone riempito raggiungono da 1,0 a 6,0 W per metro Kelvin a seconda del carico e del tipo di riempitivo, con nitruro di boro e ossido di alluminio come riempitivi comuni. Esiste un compromesso diretto. Un maggiore carico di riempitivo aumenta la conduttività e la durezza e riduce l'allungamento. Un tampone da 3,0 W per metro Kelvin è spesso compreso tra 40 e 60 Shore 00 anziché Shore A, poiché il carico di riempitivo che raggiunge la conduttività rende il materiale troppo morbido per essere misurato sulla scala Shore A.
Nota di progettazione. I cuscinetti termici riempiono gli spazi. Le loro prestazioni dipendono dalla conformabilità e dalla bagnabilità della superficie più che dal numero di conduttività principale. Un tampone più morbido con una conduttività inferiore spesso ha prestazioni migliori di un tampone più rigido con una conduttività più elevata su una superficie ruvida o deformata.
Confronto tra i gradi di silicone per i componenti del pacco batteria
| Proprietà | GP LSR/HTV | Silicone ad alta temperatura | Silicone ignifugo V-0 | Cuscinetto termico in silicone |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura di servizio continua | circa. 200 gradi | circa. 250 gradi | circa. 150–200 gradi | circa. 150–200 gradi |
| Set di compressione, 70 ore a 150 gradi | 25-35% tipico | 15-25% tipico | 25-40% tipico | Meno rilevante, riempitivo di lacune |
| Gamma di durezza | 20–80 sponda A | 30–70 sponda A | 40–70 sponda A | 20–60 riva 00 |
| Conduttività termica | circa. 0.2 W/m·K | circa. 0.2–0,3 W/m·K | circa. 0.2–0,4 W/m·K | 1.0–6.0 W/m·K |
| Rigidità dielettrica | 20–30 kV/mm | 20–30 kV/mm | Più in basso, i riempitivi lo riducono | Intervallo 10–20 kV/mm |
| Classificazione UL94 | Non valutato, brucia | Non valutato | V-0 ottenibile a spessore definito | V-0 disponibile |
| Utilizzo tipico della confezione | Guarnizione della custodia, guarnizione di sfiato | Adiacenza hot spot, tenuta sbarre | Sigillo del coperchio del modulo e del pacco | Spazio tra il modulo e la piastra di raffreddamento |
I valori sono intervalli tipici per le famiglie di qualità, non specifiche per un singolo prodotto. Ogni linea deve essere sostituita dai dati misurati sul grado specifico nella condizione specifica.
Regole di progettazione per la sigillatura degli imballaggi che sopravvivono alla convalida
Design per compression set, non per compressione iniziale.Se la guarnizione subisce un'impostazione del 30% al termine della vita utile, la profondità della scanalatura e l'altezza del cordone devono fornire forza di tenuta all'altezza ridotta. Calcola la forza di tenuta all'altezza di compressione invecchiata, non all'altezza-come stampata.
Mantenere generosa la sezione trasversale del tallone.Il set di compressione combinato con un cordone sottile non lascia margini. Un'altezza del cordone da 2,0 mm a 3,0 mm offre un intervallo di compressione più utilizzabile rispetto a un cordone da 1,0 mm per la stessa scanalatura.
Evitare spigoli vivi sotto la guarnizione.Il silicone ha una resistenza allo strappo modesta rispetto all'EPDM o all'HNBR. Un bordo metallico stampato con una bava taglierà un sigillo che altrimenti supererebbe tutti i test di laboratorio. Specificare un raggio o aggiungere un labbro protettivo.
Controllare il rapporto di compressione.L'obiettivo tipico è una compressione compresa tra il 20 e il 30% per le guarnizioni in silicone. Al di sotto del 15% non è prevista alcuna tolleranza per la dilatazione termica dell'involucro. Al di sopra del 40% il sigillo è-stressato eccessivamente e l'impostazione accelera.
Tenere conto della dilatazione termica differenziale.Un involucro in alluminio e una guarnizione in silicone si espandono a velocità molto diverse su un'oscillazione di 125 gradi. La lunghezza del percorso della tenuta e il design della scanalatura devono consentire tale movimento senza cesoiare il tallone.
Specificare i gradi di bassa volatilità per i volumi chiusi.Le specie volatili di silicone che rilasciano gas all'interno di una confezione sigillata possono condensare su superfici fredde e influenzare i connettori elettrici. Le qualità post-a bassa volatilità risolvono questo problema. Richiedi dati sui contenuti volatili.
Quadro di conformità per il silicone delle batterie per autoveicoli
I componenti della confezione in silicone sono specificati in base a una catena di conformità che inizia con i requisiti OEM del veicolo e termina a livello del materiale.
Infiammabilità.UL 94 V-0 a spessore definito, oltre ai requisiti di contenimento antincendio specifici dell'OEM. Gli standard nazionali di sicurezza delle batterie come GB 38031 in Cina e normative equivalenti in altri mercati stabiliscono i requisiti del livello di confezione.
Elettrico.IEC 60243 e ASTM D149 per rigidità dielettrica, ASTM D257 per resistività di volume.
Ambientale.Dichiarazione REACH SVHC, RoHS e sempre più screening delle restrizioni PFAS. Il quadro normativo dell'UE sui veicoli a fine vita-of{2}} continua a rendere più restrittive le dichiarazioni sui materiali.
Meccanico.ASTM D412 per resistenza alla trazione e allungamento, ASTM D395 Metodo B per deformazione a compressione, ASTM D624 per resistenza allo strappo.
Sistemi di qualità automobilistici.Aspettative della catena di fornitura IATF 16949, documentazione PPAP e, per molti programmi OEM, invio dei dati sui materiali IMDS.
Bassa volatilità.Limiti di degassamento specifici dell'OEM, spesso indicati come soglia di perdita di massa totale a una temperatura definita.
Un fornitore che non è in grado di fornire dati materiali pronti per IMDS- rallenterà l'invio indipendentemente dalle prestazioni del materiale.
Dove il silicone è la risposta sbagliata in una batteria
Elenco onesto dei limiti.
Circuiti idraulici o di raffreddamento ad alta pressione in cui la tenuta è una tenuta dinamica sotto pressione. La resistenza meccanica e la resistenza all'estrusione puntano a HNBR o FKM
Contatto diretto e prolungato con carburanti idrocarburici concentrati o refrigeranti aggressivi a base di esteri-senza uno studio di compatibilità convalidato
Sigillatura di spigoli vivi in un ambiente ad alte vibrazioni con supporto minimo della scanalatura
Applicazioni in cui prevale il costo unitario più basso possibile e l'intervallo di temperatura è favorevole. L'EPDM batte il silicone in termini di costi in quella busta
Il silicone è l'impostazione predefinita per la guarnizione della custodia e l'interfaccia termica. Non è l'impostazione predefinita per ogni elastomero del veicolo.
Dove si adatta ANYSIL
ANYSIL produce silicone solido LSR e HTV con polimerizzazione al platino- da uno stabilimento di Guangzhou che utilizza sistemi di qualità ISO 9001, con una capacità mensile superiore a 300 tonnellate nelle due linee e 15 addetti tecnici di ricerca e sviluppo per lo sviluppo dei composti. I gradi automobilistici e quelli di nuova energia possono essere formulati per obiettivi di compressione fissati a 150 gradi, per gradi di fiamma UL 94 V-0 e per conduttività termica nella banda Kelvin da 1,0 a 6,0 W per metro. Il supporto della documentazione copre i dati sui materiali REACH SVHC, RoHS, IMDS e i rapporti di test specifici OEM preparati per programma.
Inviare la sezione trasversale della tenuta, il profilo della temperatura operativa, il target di compressione e i requisiti di fiamma. Il team tecnico ti fornirà una raccomandazione sulla qualità con i dati del set di compressione alle tue condizioni e un percorso di attrezzatura per il sovrastampaggio LSR-o l'estrusione di profili HTV.
Richiedi una valutazione dei componenti in silicone della batteria dei veicoli elettrici