Envalior presenteert best practices om de veiligheid en betrouwbaarheid van elektrische voertuigen te verhogen tijdens de 2023 SPE EAV Conferentie

De Society of Plastics Engineers (SPE) organiseerde de 2023 Electric & Autonomous Vehicle (EAV) conferentie in Troy, Michigan, in april 2023. Keith Kauffmann, application development engineer bij Envalior, voorheen Envalior en Lanxess Performance Materials, gaf een sessie over Next Gen Materials to Increase Safety and Reliability in Electrical Powertrains tijdens de driedaagse conferentie, bijgewoond door meer dan 700 professionals uit de industrie.

De presentatie van Kauffmann richtte zich op hoe elektrische voertuigen (EV's) veranderingen aansturen in de vereiste pprestaties van technische kunststoffen en het voortdurende onderzoek en ontwerp bij Envalior om materialen te ontwikkelen die voldoen aan de prestatie-eisen van EV-toepassingen.

Nieuwe toepassingen en trends bieden nieuwe kansen in de industrie

Naarmate de sector de transitie maakt van verbrandingsmotoren (ICE) naar elektrische voertuigen (EV), vindt er een transformatie plaats in de aandrijflijnarchitectuur en de energiebron—van benzine naar opladen. Doordat accupakketten, elektromotoren en hoogspanningsconnectoren de primaire componenten van de EV-aandrijflijn vormen, ontstaan er technische gevolgen voor de gebruikte materialen in al deze toepassingen, zoals:

• Een verlaging van de algehele bedrijfstemperaturen van voertuigen voor EV’s, wat leidt tot een afname van de oxidatieve degradatie van componenten als gevolg van hoge temperaturen
• Langdurige blootstelling aan water/glycoloplossingen, aangezien accupakketten meestal constante koeling vereisen, zelfs wanneer het voertuig niet in bedrijf is
• Een afname van de mate van slijtage- en wrijvingsproblemen – er is nog steeds slijtage en wrijving in EV’s met motoren en lagers, maar dit is in mindere mate dan bij ICE-technologie
• Een afname van het gebruik van traditionele oliën, zoals smeeroliën voor motoren die oliebestendigheid vereisen van kunststof aandrijflijncomponenten.
• Een toename in het gebruik van oliën voor de koeling van hoogvermogensdichtheid elektromotoren

Aanvullende technische gevolgen voor EV’s zijn onder andere de behoefte aan materialen met een hoge CTI (Comparative Tracking Index) en hogere elektrische isolatiecapaciteiten als gevolg van hoogspanningsaccusystemen.

De trends zijn hogere laadsnelheden en het overstappen van lagere naar hogere spanningsplatforms, van 400V naar 800V en meer. Dit vereist hogere isolatie-eisen en effectievere koeling.

“Lagere stroomsterkte vermindert het warmteverlies door weerstanden stelt u in staat om gedurende langere tijd een optimale laadsnelheid te behouden. Een van de meest effectieve methoden om de laadsnelheid te verhogen, is het verhogen van de spanning in plaats van de stroomsterkte. Daarom zien we steeds meer batterij­systemen met hogere spanningen. Ondanks dat we proberen het evenwicht te vinden tussen stroom en spanning om het laadvermogen te optimaliseren, kan snel laden leiden tot hoge, gelokaliseerde warmteontwikkeling, wat koeling en sterk isolerende materialen vereist,” legt Kauffmann uit.

Een andere invloed op technische trends is de noodzaak van oliebekoeling voor E-motoren. Kunststofcomponenten binnen de motoren dienen bestand te zijn tegen E-motoroliën bij langdurige blootstelling.

“Bij het overwegen van brandstofcel- en EV-architecturen zijn er veel verschillende typen uitdagingen waarmee rekening moet worden gehouden, waaronder CTI vóór en na veroudering, olie-veroudering, elektrische corrosie en langdurige blootstelling aan koelvloeistoffen,” voegt Kauffmann toe. “Het is belangrijk om de isolerende en mechanische eigenschappen te behouden, en dit vereist inzicht in de effecten van langdurige veroudering binnen het relevante temperatuurbereik.”

Oplossen van scheurvorming bij thermoschokcycli in hoogspanningscomponenten

Een van de belangrijkste aandachtspunten bij overgegoten busbars is het ontstaan van scheuren als gevolg van thermoschokcycli. Het is van cruciaal belang dat scheurvorming wordt voorkomen om lekstromen tegen te gaan. In veel van deze EV-componenten wordt kunststof over metaal, doorgaans koper, gegoten. Scheurvorming kan optreden tijdens thermische cycli door spanningsopbouw in de kunststof als gevolg van verschillen in de CLTE (lineaire uitzettingscoëfficiënt) tussen kunststof en koper.

Betrouwbaarheid waarborgen in elektronische automotive toepassingen

Het beheersen van de hoeveelheid haliden in connectoren, sensoren, ECU’s en PCU’s is essentieel. Naarmate connectoren een grotere rol spelen in de architectuur van elektrische voertuigen, wordt de betrouwbaarheid van terminals steeds belangrijker. Factoren zoals hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid, reactieve gassen, elektrisch potentiaal en tijd kunnen corrosie veroorzaken. Anorganische haliden en ionische additieven die worden gebruikt om de vlamvertragende prestaties van kunststoffen te verbeteren, kunnen zuren vormen die elektrische contacten na langdurige blootstelling aan vocht en warmte aantasten. Dit kan leiden tot uitval van elektronische componenten, wat veiligheidsfuncties van het voertuig in gevaar kan brengen.

“Voor connectoren en sensoren is het doel om het halidegehalte onder de 100 ppm te houden, met een limiet van 50 ppm in meer kritische toepassingen,” aldus Kauffmann. “Onze vlamvertragende materialen liggen in het bereik van 20-30 ppm (standaard).”

Kauffmann voegde toe: “Wij zien een toenemende noodzaak om rekening te houden met UL94-brandtestvereisten voor veel kunststof toepassingen in elektrische voertuigen, vooral wanneer de materialen zich in de nabijheid van hoogspanningscomponenten bevinden. Vaak wordt een UL94 V0-brandclassificatie vereist, met incidenteel een 5VA-rating.”

Envalior beschikt over meerdere halogeenvrije materialen die voldoen aan de V0-classificatie, waaronder PA6, PA66, PA46, PA410, PPS en PPAs.

Verder lezen

Krijg direct antwoord op uw materiaalvraagstukken

Lees meer over het verhogen van de veiligheid van televisies