Che cos'è un cuscino per batteria EV?

L’espansione incontrollata delle celle della batteria può deformare i moduli, allentare i collegamenti elettrici, danneggiare le sbarre collettrici e infine causare costosi guasti al pacco batteria.

Un cuscino imbottito per batteria per veicoli elettrici risolve questo problema assorbendo l'espansione delle celle mantenendo una pressione controllata e uniforme all'interno del modulo batteria.

Un cuscinetto imbottito per batteria per veicoli elettrici è uno strato comprimibile installato tra la custodia o le celle della batteria prismatiche. È chiamato anche cuscinetto di compressione della batteria, cuscinetto da cella a cella, cuscinetto di gestione della pressione o cuscinetto di tolleranza.

Cuscinetto di compressione della batteria EV tra celle prismatiche. Fonte immagine: Soluzioni nastro Saint-Gobain.

Cosa fa un cuscino per batteria EV?

Senza un cuscinetto adeguatamente progettato, il rigonfiamento ripetuto delle celle può creare un'eccessiva pressione locale, movimento delle celle, stress del connettore e degrado prematuro del modulo.

La soluzione corretta è un cuscinetto a bassa compressione con una curva di deflessione della forza di compressione controllata adattata alla finestra di pressione della cella della batteria.

Il cuscinetto si comprime quando le cellule si espandono e si spinge indietro quando si contraggono. Questa risposta controllata mantiene stabile la pila di celle senza applicare una pressione dannosa all'involucro della cella.

Sbagliato: il cuscino imbottito per una batteria di veicoli elettrici è semplicemente un pezzo di morbida schiuma.

Corretto: è un componente di gestione della pressione progettato in base al rigonfiamento delle celle, alla temperatura operativa, alla deformazione strutturale, alla rigidità dielettrica, alle vibrazioni e alle tolleranze di assemblaggio.

Come funziona un cuscinetto di compressione della batteria?

Un pad che diventa troppo duro può schiacciare o sovraccaricare le celle, mentre un pad troppo morbido può consentire movimenti, danni da vibrazioni e perdita di stabilità del modulo.

La soluzione efficace è selezionare un materiale con una risposta sforzo-deformazione prevedibile e una forza di spinta stabile nell'intervallo di compressione richiesto.

Gli ingegneri valutano questo comportamento attraverso la deflessione della forza di compressione o CFD . Il CFD mostra quanta forza applica il pad a diversi livelli di compressione.

Una curva CFD relativamente piatta e controllata aiuta il tampone ad accogliere l'espansione cellulare senza produrre un improvviso aumento di pressione. Un basso compression set è altrettanto importante perché la pastiglia deve recuperare anziché rimanere permanentemente appiattita.

Quali funzioni può fornire un cuscino per batteria EV?

L'utilizzo di una schiuma monouso senza controllare l'intero ambiente del modulo può lasciare la batteria vulnerabile a vibrazioni, perdite elettriche, errori di assemblaggio e squilibrio di pressione.

Un cuscino multifunzionale di tipo automobilistico deve essere selezionato in base ai requisiti meccanici, elettrici, termici e di produzione.

A seconda del materiale e della struttura, il cuscino imbottito per una batteria di veicoli elettrici può fornire le seguenti funzioni:

• Compensazione dell'espansione cellulare: consente la respirazione reversibile e il gonfiore permanente.

• Gestione della pressione: mantiene una forza controllata attraverso lo stack di celle.

• Riduzione delle vibrazioni: limita il movimento relativo tra celle adiacenti.

• Assorbimento degli urti: riduce i carichi meccanici durante gli impatti stradali e il funzionamento del veicolo.

• Compensazione della tolleranza: assorbe la variazione dimensionale di celle e moduli.

• Isolamento elettrico: aiuta a separare i componenti conduttivi della batteria quando sono specificati materiali dielettrici.

• Supporto per l'assemblaggio: mantiene le celle in posizione durante la produzione automatizzata dei moduli.

Quale materiale è migliore per un cuscino per batteria EV?

Selezionare il materiale solo in base al prezzo o alla morbidezza può provocare deformazione permanente, pressione incontrollata, guasto dell'isolamento o rifiuto durante la convalida della batteria.

Il materiale migliore è quello le cui proprietà di compressione, temperatura, dielettrico, invecchiamento e infiammabilità corrispondono al design specifico della cella e del modulo.

Il poliuretano microcellulare e la schiuma siliconica sono ampiamente utilizzati, ma si comportano diversamente in condizioni di calore, umidità, compressione e invecchiamento a lungo termine. I cuscinetti multistrato specializzati possono anche combinare schiuma comprimibile con mica o un altro strato di isolamento termico.

Dove è installato il cuscino per la batteria dei veicoli elettrici?

Il posizionamento del cuscinetto nella posizione sbagliata può creare una compressione irregolare, interferire con i percorsi di raffreddamento, danneggiare i sensori o trasferire la forza nelle sbarre collettrici e nei connettori ad alta tensione.

Il cuscinetto deve essere posizionato in base alla direzione di espansione della cella, al sistema di contenimento del modulo, al layout elettrico e al progetto di gestione termica.

La posizione più comune è tra sacche adiacenti o celle prismatiche. I cuscinetti possono anche essere posizionati tra una cella terminale e la piastra terminale del modulo o sulle interfacce del modulo selezionate.

Il cuscinetto non deve ostruire i canali di ventilazione, le superfici di raffreddamento, i sensori di pressione, i termistori, le sbarre collettrici o il percorso del cablaggio. La sua forma fustellata dovrebbe seguire l'area funzionale della cella anziché copiare semplicemente il contorno della cella.

Quali test e standard dovrebbero essere considerati?

Un cuscinetto che funziona bene in un test di compressione a temperatura ambiente potrebbe comunque fallire dopo l'invecchiamento termico, l'esposizione all'umidità, le vibrazioni o migliaia di cicli di carica.

Convalidare il pad a livello di materiale, pila di celle, modulo e pacco batteria completo nell'ambiente automobilistico previsto.

Importanti test sui materiali includono CFD, deformazione strutturale, rilassamento dello stress, rigidità dielettrica, infiammabilità, invecchiamento termico, invecchiamento dovuto all'umidità e compatibilità chimica.

I requisiti del livello della batteria possono fare riferimento a standard come ISO 6469-1, UL 2580, SAE J2380, SAE J2929 e il regolamento UNECE n. 100 . Questi standard si applicano principalmente ai sistemi di batterie e alla sicurezza dei veicoli; non certificano automaticamente un singolo cuscino.

Domande frequenti

Una terminologia poco chiara spesso induce gli acquirenti a richiedere la schiuma, lo spessore o la funzione di sicurezza errati.

Utilizza le seguenti risposte dirette per definire l'applicazione prima di richiedere un preventivo o un campione.

Quanto dovrebbe essere spesso il cuscino per la batteria di un veicolo elettrico?

Uno spessore arbitrario può comprimere eccessivamente la cella o lasciare il modulo allentato. Lo spessore del cuscinetto deve essere calcolato in base allo spazio disponibile, al precarico, alla tolleranza della cella, al rigonfiamento previsto e alla pressione consentita.

Un cuscino previene la fuga termica?

Un cuscino standard può bruciare o trasferire calore alle celle adiacenti durante un grave evento termico. Utilizzare un cuscinetto di propagazione termica appositamente testato quando è necessaria la mitigazione dell'instabilità termica.

È meglio il poliuretano o il silicone per i cuscinetti della batteria?

Scegliere solo in base al nome del materiale può produrre una risposta errata in termini di temperatura o pressione. Il poliuretano viene spesso selezionato per un'efficiente gestione della pressione, mentre il silicone può offrire prestazioni più elevate alle alte temperature; la selezione finale richiede il test dell'applicazione.

Raccomandazione ingegneristica finale

Trattare il cuscinetto della batteria del veicolo elettrico come un economico inserto in schiuma può trasformare una decisione materiale di scarsa importanza in danni alla cella, guasti intermittenti ad alta tensione, richieste di garanzia e riconvalida completa del modulo.

Trattatelo come un componente di precisione per la gestione della pressione e convalidatelo insieme a celle, piastre terminali, sistema di raffreddamento, sbarre collettrici, connettori e cablaggio ad alta tensione.

Dai miei 15 anni di esperienza nel cablaggio automobilistico e nell'interconnessione ad alta tensione , ho imparato che la pressione meccanica all'interno di un modulo batteria non influisce mai solo sulle celle. Alla fine raggiunge terminali, sbarre collettrici, connettori, sensori e punti di instradamento del cablaggio.

La mia regola pratica è semplice: controllare il movimento della cellula prima che diventi un problema di connessione elettrica . Prima di approvare qualsiasi cuscinetto imbottito per batteria di veicoli elettrici, verificare la curva di pressione, il set di compressione, le prestazioni dielettriche, l'invecchiamento ambientale e l'espansione delle celle a fine vita con i dati effettivi del modulo.

Riferimenti autorevoli

1. Rogers Corporation, Materiale del cuscinetto della batteria PORON EVExtend .

2. Soluzioni per nastri Saint-Gobain, Deflessione della forza di compressione nelle applicazioni per veicoli elettrici .

3. Soluzioni per nastri Saint-Gobain, Gestione del rigonfiamento delle celle della batteria dei veicoli elettrici .

4. Soluzioni UL, Test delle batterie dei veicoli elettrici e standard normativi .

5. Organizzazione internazionale per la standardizzazione, ISO 6469-1:2019 Sicurezza dei sistemi di accumulo di energia ricaricabile .

6. Commissione economica per l’Europa delle Nazioni Unite, Regolamento UNECE n. 100 .

7. SAE Internazionale, Test di vibrazione SAE J2380 sulle batterie dei veicoli elettrici .

8. SAE Internazionale, SAE J2929 Standard di sicurezza del sistema batteria .