경량 EV 배터리 인클로저를 위한 혁신적인 소재

전기차(EV)의 자동차 시장 점유율이 지속적으로 증가함에 따라 새로운 추진 방식은 자동차 설계, 엔지니어링 및 제조에 대한 새로운 접근이 필요하게 되었습니다. 자동차 산업은 더 가볍고, 더 강하며, 더 안전한 제품을 요구하고 있으며, Envalior의 엔지니어링 소재 전문가들은 혁신적인 신규 소재로 이러한 요구에 부응하고 있습니다.

Society of Plastics Engineers (SPE) 2024 Electric & Autonomous Vehicle (EAV) 컨퍼런스(미시간주 트로이)에서 Automotive Application Development Engineer인 Keith Kauffmann(Envalior Americas)은 전적으로 엔지니어링 플라스틱만을 사용하여 최초로 완전한 기능을 갖춘 고전압 배터리 인클로저를 개발한 사례에 대해 발표하였습니다.

해당 배터리 트레이는 Envalior와 Kautex Textron이 공동 개발하였으며, VW ID.3 EV 차량에 레트로핏되었습니다. 시스템 레벨 시험이 완료되었으며, 차량 현장 시험이 현재 진행 중입니다.

Kauffmann은 “구조용 배터리 인클로저는 혁신적인 소재와 기능 통합을 결합하여 금속 기반 설계 대비 경량화 및 비용 효과적인 솔루션을 구현합니다”라고 밝혔습니다. “이 설계는 금속 설계 대비 낮은 비용, 경량, 그리고 더 낮은 탄소 발자국을 제공합니다.”

프로토타입 배터리 트레이는 mEnvalior의 Durethan® B24CMH2.0 (PA6)를 직접 장섬유 성형(D-LFT) 기술과 결합하여 최종 제품에 장섬유 유리 45%를 구현하였습니다. 배터리 트레이는 Tepex 열가소성 복합 시트 기술로 보강되어 있습니다.

PA6 비강화 제품은 D-LFT 압축 성형 공정에 최적화되어 특별히 설계되었습니다. 장기 내열성이 160°C까지 안정화되어 있으며, 공기/산소에 노출된 가공 공정을 위해 안정화 처리되어 있습니다. 배출(예: 연기, 가스)이 감소하도록 최적화되어 있으며, 낮은 클램핑력으로도 우수한 충진성을 위한 용이한 유동 특성을 가지고 있습니다.

Keith Kauffmann이 Jeff Helms(SPE 세션 의장)에게 세션 인증서를 수여받는 모습.

압축 성형과 결합될 때, D-LFT는 성형업체가 유리 함량을 필요에 따라 유연하게 조정할 수 있으며, 유리 종류나 형태도 변경할 수 있는 자유도를 제공합니다.탄소 섬유와 비교되는 우수한 기계적 특성을 제공합니다. 벽 두께 변화가 큰 형상에 적합합니다.

압축 성형 공정은 선택적으로 D-LFT와 Tepex 복합 시트를 결합할 수 있어 구조적 강화와 열 폭주로부터의 보호 특성이 향상됩니다.

열가소성 배터리 인클로저 적용 시 주요 이점은 다음과 같습니다:

단일 압축 성형 공정
부품 및 기능 통합
조립 공정 대폭 감소
전체 제조 비용 절감
탄소 발자국 감소와 높은 재활용 가능성
알루미늄 구조 대비 중량 절감

“일체형 설계는 다중 부품 트레이보다 우수한 치수 공차를 제공하며, 간소화된 구조로 인해 적은 생산 공간이 필요합니다,” Kauffmann은 말했습니다. “공급업체 수가 줄어들어 물류가 효율적이고 소재 일관성이 향상됩니다.”

또한, 운반용 전기차(EV) 산업의 엄격한 난연성 테스트 및 전자기 차폐(EMS) 요건을 충족하며, 이를 위해 마이카 시트와 알루미늄 포일을 추가 적용합니다.

“우리는 소재의 스마트한 활용과 첨단 소재 도입이 배터리 인클로저와 같은 적용 분야에서 부품 통합을 더욱 촉진할 것으로 믿습니다,” Kauffmann은 말했습니다. “예를 들어, 열 폭주 보호를 위해 마이카 시트가 필요했지만, Tepex는 배터리 인클로저 상판에 통합될 수 있는 열 폭주 보호 잠재력을 제공합니다.”
솔루션 제공업체로서 Envalior는 압축 성형 및 사출 성형 모두에 다양한 솔루션을 제공하며, 자체 엔지니어링 전문 지식으로 설계 및 엔지니어링 지원을 제공합니다.

Kauffmann은 결론지었습니다. “시장에서는 비용과 중량 문제를 해결하기 위해 플라스틱 배터리 인클로저에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 압축 성형 방식이이 배터리 인클로저 프로토타입에 선정된 사출성형 기술은 이러한 매우 대형 부품을 성형할 수 있습니다. 사출성형의 주요 이점은 높은 기능 통합성과 공정의 반복성입니다. Envalior는 고객이 배터리 인클로저의 성능 및 비용 목표를 달성할 수 있도록 광범위한 소재와 엔지니어링 솔루션을 제공합니다.