Lanxess en Kautex Textron pionieren met D-LFT thermoplasten voor lichte EV-batterijbehuizingen

Specialty chemicals bedrijf Lanxess (Keulen, Duitsland) en Kautex Textron GmbH & Co. KG (Bonn, Duitsland), een dochter van Textron Inc. (Providence, R.I., VS), werken al meerdere jaren samen om de voordelen van technische thermoplasten ten opzichte van metalen in batterijbehuizingen voor elektrische voertuigen (EV's) aan te tonen, in termen van gewichts- en kostenreductie, functionele integratie en elektrisch isolerend gedrag. Samen hebben de bedrijven een nabij-serie technologie-demonstrator ontwikkeld in de haalbaarheidsstudie. Met een lengte en breedte van ongeveer 1.400 millimeter elk, is het systeem een grootformaat volledig-kunststof behuizingonderdeel met een gewicht in de midden-tweecijferige kilogramrange.

"Als eerste stap hebben we volledig afstand gedaan van het gebruik van metalen versterkingsstructuren, terwijl we aantoonden dat we deze complexe, grote componenten commercieel kunnen produceren," legt Felix Haas, directeur productontwikkeling bij Kautex Textron, uit. Voor de toekomst willen Kautex en Lanxess de resultaten van de samenwerking gebruiken om in ontwikkelprojecten voor serieproductie met automfabrikanten te treden.

De demonstrator is ontwikkeld op basis van de batterijbehuizing van een C-segment EV. Deze bestaat uit een behuizingsschotel met crashstructuur, een behuizingdeksel en een onderbodbescherming. De behuizingcomponenten kunnen in een enkelvoudig, direct langvezel thermoplastisch (D-LFT) vormproces geproduceerd worden. Lanxess heeft zijn Durethan B24CMH2.0 PA6-hars geoptimaliseerd als materiaal voor het D-LFT vormmengsel; Kautex Textron compileert de PA6 voor het proces met glasvezel roving. Lanxess' Tepex dynalite continue vezel-versterkte thermoplast wordt toegepast als versterking voor de behuizingstructuur. "Het proces maakt kortere en dus economischere cyclus tijden mogelijk dan processen waarbij staal of aluminium bewerkt worden," legt Haas uit.

Vandaag, aldus Lanxess, zijn behuizingen voor hoogspanningsbatterijen voornamelijk gemaakt van gestrengde staal- of aluminiumprofielen. Afhankelijk van de voertuigklasse kunnen de behuizinglengte en -breedte ruim 2.000 respectievelijk 1.500 millimeter overschrijden. De grootte, het aantal componenten en de talloze productie- en assemblageerstappen maken metalen behuizingen zeer kostenintensief. Complexe structuren van stranggipersprofielen vereisen bijvoorbeeld veel nabewerkingsstappen zoals lassen, punchen en nieten. Bovendien moeten de metalen componenten in een extra processtap worden beschermd tegen corrosie door catodische dipcoating.

"Kunststoffen kunnen hun ontwerpvrijheid volledig benutten. Door functies zoals bevestigingspunten en thermische managementcomponenten te integreren, kan het aantal individuele onderdelen van een batterijbehuizing aanzienlijk worden gereduceerd. Dit vereenvoudigt montage en logistieke inspanning, wat productiekosten verlaagt," zegt Dr. Christopher Hoefs, projectmanager e-Powertrain bij Lanxess.

Hoogspanningsbatterijbehuizingen moeten ook aan diverse veeleisende technische eisen voldoen, waaronder hoge stijfheid en sterkte, energieabsorptie bij een botsing, brandvertraging en integratie van de behuizingen in de voertuigstructuur, om er een paar te noemen. Lanxess rapporteert dat kunststoffen het potentieel hebben om aan veel van deze behoeften te voldoen. Het materiaal is corrosievast en elektrisch isolerend, wat het risico op kortsluiting van het systeem vermindert. De lage dichtheid van kunststoffen en hun potentieel voor lichtgewichtconstructie leiden ook tot aanzienlijk lichtere behuizingen, wat onder andere het bereik van EV's ten goede komt.

"We blijven samenwerken aan de optimalisatie van de productie en structurele ontwerp van de componenten. Het doel is om het merendeel van het ontwikkelwerk virtueel uit te voeren, om kosten op prototypontwerp te besparen en de time-to-market van toekomstige seriecomponenten te verkorten," zegt Hoefs.