Materiallösungen in Elektrofahrzeugbatterien

Der EV-Markt erwartet ein schnelles Wachstum in den 2020er Jahren und darüber hinaus. Laut dem Bericht "Global EV Outlook 2021", der von der Internationalen Energieagentur veröffentlicht wurde, wird erwartet, dass Elektrofahrzeuge bis 2030 bis 12 Jahre 20 % der weltweiten Flotte ausmachen werden, wobei bis zu 230 Millionen Fahrzeuge auf der Straße sind. Die Stückproduktion wird weltweit mit einer CAGR von 34 % von 2020-2030 wachsen.

Mehrere miteinander verbundene Faktoren werden diesen dramatischen Anstieg vorantreiben.

• Kosten: Elektrofahrzeuge werden erschwinglicher. Dies ist auf eine Senkung der Kosten der Batterietechnologie und einen Anstieg der Kosten der ICE-Technologie im Zusammenhang mit den Anforderungen an Kohlenstoffemissionen und Kraftstoffeffizienz zurückzuführen.
• Vorschriften: Politische Entscheidungsträger in den USA und im Ausland ergreifen Maßnahmen, um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen. Zum Beispiel hat Kalifornien ein Verbot des Verkaufs von ICE-Fahrzeugen im Bundesstaat durch 2035 angekündigt. Mehrere EU-Länder haben zusammen mit dem Vereinigten Königreich den Ausstieg aus dem Verkauf neuer Verbrennungsfahrzeuge angekündigt. Die meisten dieser Initiativen sollen in 2025 oder 2030 beginnen.
• OEM-Ziele: Immer mehr OEMs setzen sich zeitgebundene Ziele, um als Reaktion auf verschiedene Faktoren, einschließlich sich ändernder Verbrauchergeschmäcker und regulatorischer Aktivitäten, ausschließlich elektrisch zu sein. General Motors hat den Plan, um 2035 vollelektrisch zu sein. Volvo bietet jetzt elektrifizierte (einschließlich Hybrid-) Versionen aller seiner Modelle an und strebt an, dass 100 % seines Verkaufsvolumens bis 2030 vollständig elektrisch sein sollen. Tesla lieferte weltweit fast 500.000 Autos in 2020 aus. Das Unternehmen strebt an, jährlich 20 Millionen Fahrzeuge bis 2030 zu produzieren. Diese Verpflichtungen ergänzen erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung, Engineering und Fertigung. Zum Beispiel kündigte Ford am 2021. September eine Investition in Höhe von 11,4 Milliarden US-Dollar in die Elektrifizierung an. Es umfasst zwei neue Campus, die der Batterieproduktion und der EV-Montage gewidmet sind.
• Innovation: Die Batterietechnologie verbessert sich rasant. Die Reichweite von Elektrofahrzeugen nimmt zu - und es wird erwartet, dass sie weiter zunimmt -, während die Ladezeiten sinken. Andere Faktoren im Zusammenhang mit frühen EV-Batterien, einschließlich Sicherheit und Haltbarkeit, werden von Ingenieuren angesprochen.

Bedenken, die zuvor die Einführung von Elektrofahrzeugen eingeschränkt haben, wurden oder werden angesprochen. Dazu gehören Batteriekosten, Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit von Ladestationen und technologische Einschränkungen. Die Batteriekapazität hat sich in den letzten fünf Jahren verdoppelt. Die Batterien von heute laden sich schneller als je zuvor, die Leistung wird effizienter umgewandelt und die Geschwindigkeit, Komplexität, Konnektivität und Rechenleistung der Elektronik haben zugenommen.

Dennoch bleiben die wichtigsten technischen Herausforderungen mit der kritischsten Komponente in einem Elektrofahrzeug, dem Batteriepack, verbunden. Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien müssen Faktoren wie Stromausfälle, Staub- und Flüssigkeitsverunreinigungen, Schock und Kollisionen, Wärmemanagement und andere berücksichtigen. Damit der EV- und eMobility-Markt seinen Wachstumskurs fortsetzen kann, müssen Hersteller Autos und Lastwagen produzieren, die in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Reichweite mit ICE-Fahrzeugen mithalten oder diese übertreffen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, arbeitet Boyd eng mit führenden Rohstofflieferanten zusammen, um die breiteste Palette an leistungsstarken umgebauten und technischen Materiallösungen für den Schutz, die Abdichtung und die Kühlung von Batteriefächern anzubieten. Mit fortschrittlichen globalen Fertigungsprozessen und jahrzehntelanger Entwicklungserfahrung adressieren Boyd-Lösungen Probleme in Bezug auf Entflammbarkeit, dielektrische Isolierung, Zellpolsterung und mehr.

Dieser Fokus stellt sicher, dass unsere EV-Batterielösungen OEMs und Tier-Zulieferern helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen und Innovationen auf dem Markt weiter voranzutreiben. Wir entwickeln anpassbare und skalierbare Lösungen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern, die Batterielebensdauer zu verlängern, den Energieverbrauch zu optimieren, vor Kollisionen zu schützen, das Gewicht zu reduzieren und vieles mehr.

Das Durchschnittsalter der Fahrzeuge auf US-Straßen beträgt 12,1 Jahre, gegenüber weniger als zehn Jahren in 2001 Jahren. Autos werden länger und vielleicht härter als je zuvor gefahren und müssen jahrelang dem Missbrauch durch Umweltfaktoren wie Regen, UV-Licht, Eis und Streusalz, Stop-and-Go-Verkehr, schlecht gewartete Straßen und mehr standhalten.

Hinzu kommen die Fahrzeuge selbst. Sie sind weitaus komplexer als je zuvor und mit teurer computergestützter Elektronik, Sensoren und anderen Geräten beladen.

Elektrofahrzeuge haben einen völlig anderen Kühlbedarf als ICE-Fahrzeuge, mit einem völlig anderen Systemdesign. Um die Sicherheit zu gewährleisten und die Akzeptanz der Verbraucher zu fördern, haben EV- und Batteriehersteller strenge Anforderungen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern und zu bewältigen, eine einzigartige Herausforderung für Lithium-Ionen-Batterien. Batteriehersteller verlassen sich auf Glimmer, Keramikfasern, andere Materialien und intelligentes Systemdesign, um diese thermischen Blockadeereignisse zu verhindern.

Das Aufbringen von Isolierschichten kann Funkenspannung zwischen kritischen internen Komponenten verhindern und elektrische Engpässe oder Brände verhindern.

Boyd bietet Klebebandprodukte an, einschließlich mehrschichtiger Stapelkonfigurationen mit strenger Toleranzkontrolle, die Kurzschlüsse in flexiblen, gedruckten Schaltungen und anderen Hochspannungskomponenten wie Lithium-Ionen-Zellbaugruppen verhindern. Durch die Kombination von elektrisch isolierenden doppelt beschichteten Bändern mit Kompressionspads und anderen Materialien entstehen multifunktionale Lösungen, die Stromausfälle verhindern und Straßenvibrationen oder Kollisionsaufprallenergie absorbieren. Einfach beschichtete Isolierbänder, die auf Komponenten von Flüssigkeitskühlsystemen wie Aluminium-Kühlplatten und anderen Metallstrukturen aufgebracht werden, verleihen thermischen Systemen elektrische Leistung.

Die Versiegelung des Akkus schützt Lithium-Ionen-Zellen vor dem Eindringen von Flüssigkeiten, Gas- und Staubpartikeln - Verunreinigungen, die zu einem katastrophalen Ausfall führen oder die Lebensdauer der Batterie verkürzen könnten. Dichtungen sollten die Leistung optimieren und Abdichtung bieten, wobei Druckverformungsrest und Kraftumlenkung, Montageeffizienz, Geräusche / Vibrationen / Rauheit (NVH) und andere mechanische Faktoren berücksichtigt werden.

Display-Dichtungen und Klebelösungen sind nicht im Akkupack enthalten, aber dennoch entscheidend für das Fahrerlebnis der Verbraucher. Boyd's sind mit innovativen Haftklebstoffen und Acrylschäumen ausgestattet, um die Display-Baugruppe während ihrer gesamten Lebensdauer zu schützen. Ihre extrem engen Toleranzen können eine "Zero-Gap" -Leistung erreichen und bieten einen unschlagbaren Schutz vor Staub- und Flüssigkeitsverunreinigungen. Wir entwerfen diese Lösungen für eine vereinfachte Kundenmontage, einen DFM-Durchsatz (Design-for-Manufacturing) und eine vereinfachte Materialoptimierung.

Unser Portfolio an Dichtungen und Dichtungen umfasst Hunderte von Schaumstoffen, Polymeren, Klebstoffen und anderen Optionen. Wir kombinieren dieses Material-Know-how mit DFM-Massenproduktionskapazitäten, um kundenspezifische Designs zu liefern, die Ihre leistungsstarken Betriebsbedingungen für den Schutz vor Kontamination von Batteriepack- und Display-Baugruppen übertreffen.

Batteriepacks müssen vor Kollisionseinflüssen, rauen Straßenbedingungen und extremen Temperaturen geschützt werden. Die Platzierung von robusten und widerstandsfähigen Kompressionspads, die zwischen Lithium-Ionen-Zellen geschichtet sind, kompensiert Quellkräfte aufgrund von Ladungszyklen. Wenn sie um das Batteriemodul herum platziert werden, dienen diese Pads als Aufprallschutzbarriere, indem sie mechanische Energie aus Kollisionsaufprall, extremen Straßenbedingungen und verlängerten Vibrationen absorbieren, um die Sicherheit der Verbraucher zu erhöhen und die Garantiekosten zu senken.

Boyd bietet eine Reihe von geschlossenen und offenzelligen Schäumen an. Diese bieten unterschiedliche Leistungsmerkmale, um die Anforderungen eines breiten Spektrums von Temperatur- und Umgebungsexpositionsanwendungen zu erfüllen. Schäume können mit einfach und doppelt beschichteten Bändern kombiniert werden, die dielektrische Folien zur elektrischen Isolierung in EV-Batterien enthalten.

Diese Schaumstofflösungen senken Ihre Gesamtbetriebskosten, indem sie technische Herausforderungen lösen und gleichzeitig eine einfache Montage und effiziente Installation fördern.

Da sich das Design und die Funktionalität von Elektrofahrzeugen weiterentwickeln, um fortschrittliche Elektronik stark zu integrieren, wenden sich EV-Ingenieure an traditionelle Marktführer für das Wärmemanagement elektronischer Systeme für thermische Systeminnovationen.

EV-Batterieentwickler versuchen, homogene Temperaturen in allen Batteriezellen aufrechtzuerhalten. Sie müssen dies tun, während sie schnellere Lade- / Entladezyklen ermöglichen, die Überhitzung der Batterie reduzieren, katastrophale Batterieereignisse isolieren, wenn sie auftreten - oder noch besser, verhindern, dass diese Ereignisse jemals eintreten. Die komplexen Materialbaugruppen von Boyd integrieren Lithium-Ionen-Batterie-Zell-zu-Zell-Kühlung mit stoßabsorbierenden und wärme-/flammisolierenden Lösungen, um die primären mechanischen, thermischen und Umweltfaktoren zu berücksichtigen, die ein thermisches Durchgehen verhindern.

Wärmeleitmaterialien (TIMs) erleichtern die Wärmeübertragung zwischen der Kühlplatte und dem Batteriemodul des Flüssigkeitskühlsystems und reduzieren den Wärmewiderstand, um die Effizienz des thermischen Systems zu maximieren. Sie tragen dazu bei, den Widerstand des Wärmeflusses in, durch und aus einer Schnittstelle zu minimieren. Das Ableiten von Wärme aus empfindlichen Komponenten fördert eine höhere Leistungsdichte und Effizienz.

Die Fertigungskapazitäten von Boyd kombinieren Rohstoffe von mehreren Anbietern, um optimierte mehrschichtige Stapelungen von Materialkonfigurationen zu erstellen und Ingenieuren dabei zu helfen, eine größere Designflexibilität zu erreichen. Diese Materialien können mit flammhemmenden Klebstoffen kombiniert werden, die es Verbundwerkstoffen und Materialien ermöglichen, UL® 94 V-0 und andere Flammschutzanforderungen zu erfüllen, sowie mit einfach und doppelt beschichteten Bändern mit Easyrelease-Linern und Filmschichten mit starken dielektrischen Eigenschaften.

Unsere Flüssigaluminium-Kühlplatten bieten Robust Structural Support (RSS) und hocheffiziente Kühlung für die leistungsstärksten Batteriemodule und -pakete von heute. Ihr niedriges Profil und ihr geringes Gewicht schaffen zusätzlichen Designraum für leistungsfähigere Batterien und zuverlässigere Fahrzeuge mit größerer Reichweite.

Nähte und Öffnungen bieten Möglichkeiten für bösartige Energiewellen, in ein Gerät einzudringen oder es zu verlassen, was zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führt. Die EMI-Abschirmung reduziert die Anfälligkeit für elektronische Fehlfunktionen und verbessert die Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie, indem sie diese unerwünschten Wellen blockiert oder absorbiert. Im Allgemeinen lenkt diese Abschirmung zunächst elektromagnetische Wellen mit reflektierenden Oberflächen ab. Dies erwärmt die Abschirmung, was eine moderate elektrische und thermische Leitfähigkeit zu wesentlichen Merkmalen einer EMI/RFI-Abschirmung macht.

Boyds LectroShield Metallfolien, leitfähige Schäume, Elastomere und Klebstoffe wurden entwickelt, um die Störenergie zu verwalten. Das Ergebnis ist eine verbesserte Zuverlässigkeit und Effizienz.

Gelötete flüssige Kühlplatten - Eine kalte Platte überträgt Wärme von Oberflächen mit hohen Wärmelasten auf die Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskühlsystem. Die Leistung der Kühlplatte ist entscheidend für die Gesamtwirksamkeit des Flüssigkeitssystems.

Dichtungen und Dichtungen - Dichtungen und Dichtungen schützen das Batteriemodul und die Zellen vor Verunreinigungen durch Flüssigkeiten, Gase und Partikel für eine längere Batterielebensdauer, verbesserte Sicherheit und reduzierte Garantiekosten.

Kompressionspads - Robuste und widerstandsfähige Kompressionspads schützen Batterien vor Kollisionseinschlägen, rauen Straßenbedingungen und extremen Temperaturen. Pads werden zwischen Zellen geschichtet, um Quellkräfte auszugleichen oder als Aufprallschutzbarriere um das Modul herum platziert.

EMI-Abschirmung - Die Abschirmung reduziert die Anfälligkeit für elektronische Fehlfunktionen und verbessert die Batterieleistung, indem unerwünschte elektromagnetische Wellen blockiert werden, wodurch die Batterieleistung erhöht wird.

Elektrische Isolierung und Zellummantelung - Isolierung und Ummantelung verhindern Funkenspannung zwischen internen kritischen Komponenten, die zu Gerätekurzschluss oder Brand führen kann.

Wärmeleitmaterialien (TIMs) - TIMs erleichtern die Wärmeübertragung zwischen der Kühlplatte und dem Batteriemodul und minimieren gleichzeitig den Widerstand des Wärmeflusses in, durch und aus einer Grenzfläche. TIMs wurden speziell entwickelt, um Batterien in ihren optimalen Temperaturbereichen zu halten, insbesondere in unvorhersehbaren Umgebungen, und reduzieren die für Kühl- und Heizsysteme erforderliche Batterieleistung.

Dielektrische Klebstoffe für Stromschienen - Dielektrika schützen flexible gedruckte Schaltungen in Batteriebaugruppen und tragen so zur Verlängerung ihrer Lebensdauer bei.

Mehrschichtiger thermischer Rundlaufschutz - Komplexe Kühl- und Stoßdämpfungsschutzschichten erfüllen strenge Anforderungen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.

Batteriegehäusedichtungen und Kollisionsschutz - Robuste Dichtungen, Dichtungen und Dämpferpads sind so konzipiert, dass sie variablen Kräften und mechanischer Energie bei extremen Straßenbedingungen, plötzlichen Stößen oder längeren Vibrationen standhalten und diese absorbieren, wodurch die nachteiligen Auswirkungen auf die Batterie minimiert und die Garantiekosten gesenkt werden.

Die Boyd Corporation ist ein weltweit führender Innovator von Technologien in den Bereichen Materialwissenschaft, technische Materialien und Wärmemanagement, die die kritischsten Anwendungen unserer Kunden abdichten, schützen, mit ihnen verbinden und kühlen. Wir nutzen die Wissenschaft, um ehrgeizige Leistungsziele zu erreichen. Boyd architekten Materialinnovationen und kombinieren Technologien auf neuartige Weise, um das Mögliche neu zu definieren. Die kontinuierliche Neudefinition des Möglichen hat über 90 Jahre Innovation und Kundenerfolg vorangetrieben.