La guarnizione pieghevole risolve i problemi di sigillatura del pacco batteria

Jul 06, 2023

Amir Yazdani e Andreas Proksch esplorano come la nuova guarnizione pieghevole di Datwyler affronta le sfide della tecnologia esistente

La sicurezza e l'efficienza sono i punti chiave su cui si concentrano gli odierni sviluppatori di sistemi di batterie. Le batterie per le nuove soluzioni di mobilità presentano nuove sfide rispetto a quelle utilizzate nei motori a combustione interna (ICE). Problemi come la fuga termica e la corrosione dei componenti della batteria potrebbero portare a situazioni che mettono in pericolo gli occupanti o riducono significativamente il ciclo di vita della batteria. Una corretta sigillatura della batteria all'interno del suo alloggiamento è essenziale per mitigare questi rischi, poiché il sigillo è la prima linea di difesa contro influenze negative indesiderate. La batteria deve essere sigillata correttamente per evitare l'ingresso di polvere e umidità. Per la messa a terra elettrica del coperchio è necessario considerare anche la conduttività elettrica della guarnizione.

Le guarnizioni attuali, per lo più a base di adesivi ed elastomeri siliconici, sono comuni per sigillare gli alloggiamenti delle batterie, così come le soluzioni FIP (form in place), che vengono iniettate sull'alloggiamento e lasciate polimerizzare. Entrambi presentano sfide in termini di movimentazione durante l'installazione, posizionamento sul vassoio, efficacia dopo l'indurimento e capacità di facilitare sia la manutenzione continua che la riciclabilità a fine vita. Di conseguenza, Datwyler ha progettato una soluzione innovativa, la guarnizione pieghevole, che fornisce una soluzione di tenuta per i pacchi batteria in grado di superare tutti questi problemi. La soluzione combina materiali elastomerici avanzati con piastre metalliche sottili, pieghevoli in alcuni punti e rigide nel complesso, che possono essere specificate e posizionate a intervalli secondo geometrie uniche delle parti, consentendo un montaggio preciso manualmente o tramite robot.

Normalmente, per l'alloggiamento della batteria e le relative guarnizioni, le tolleranze sono molto restrittive e devono essere conformi a IP6x o parametri di protezione di ingresso equivalenti. Eventuali spazi non verranno accettati, pertanto in fase di progettazione dell'inserto metallico Datwyler può controllare con precisione le dimensioni con un margine di errore minimo. Gli ingegneri sfruttano le proprietà elastiche del materiale in gomma Datwyler, che è molto preciso, per soddisfare i requisiti entro i parametri richiesti a determinate altezze. A differenza delle guarnizioni FIP, non è presente né una sezione iniziale né una finale, dove è necessario assicurarsi che non sia presente un piccolo canale per proteggersi dagli effetti della corrosione.

L'installazione precisa e affidabile della guarnizione pieghevole è fondamentale, poiché i produttori di batterie stanno realizzando sistemi di batterie a densità più elevata e i loro alloggiamenti stanno diventando sempre più complessi e diversificati. Questi progetti più complessi necessitano di una guarnizione più precisa per garantire che l'integrità della tenuta non venga compromessa e l'elemento metallico della soluzione garantisce che sia così. Il metallo è solitamente lo stesso utilizzato per l'alloggiamento stesso e la superficie è anodizzata e trattata per garantire un forte legame con il componente elastomerico. Il risultato è una soluzione di tenuta che offre maggiore durata e anche conduttività elettrica, il che significa che l'elettricità può trasferirsi facilmente dal coperchio superiore all'involucro inferiore attraverso la guarnizione, evitando la corrosione come conseguenza dell'accumulo di elettricità. Le soluzioni autonome in gomma pura e FIP non hanno questa capacità.

Infine, l'interferenza elettromagnetica (EMI), che può influenzare componenti come sensori o unità di controllo critiche, può essere mitigata anche tramite materiali di schermatura EMI, che possono essere utilizzati per formulare l'elemento in gomma della guarnizione pieghevole.

La simulazione numerica delle prestazioni di tenuta delle guarnizioni pieghevoli è un elemento centrale dell'intero processo di progettazione. Tali simulazioni consentono di comprendere l'accurato comportamento meccanico e termico della tenuta in condizioni estreme, garantendo l'efficacia e l'affidabilità della tenuta in varie situazioni critiche. Questo sforzo inizia con un modello bidimensionale agli elementi finiti, in cui vengono valutate le variazioni della pressione di tenuta lungo i labbri di tenuta (vedere figura 1). Una volta che la pressione di contatto e l'area della guarnizione soddisfano i requisiti per la prestazione specifica definita, lo sforzo di simulazione continua con l'esecuzione di una modellazione tridimensionale agli elementi finiti al fine di valutare la quantità di pretensione sui bulloni necessaria per mantenere la guarnizione pieghevole a posto. Questa pretensione garantisce inoltre la conduttività elettrica desiderata tra le parti dell'alloggiamento.