IKV, Kautex Textron coopération sur tous

Kautex Textron GmbH & Co. KG et des chercheurs de l'Institut IKV pour le traitement des matières plastiques basé à Aix-la-Chapelle, en Allemagne, ont développé un "premier boîtier de batterie thermoplastique à grande échelle pour véhicules électriques" de 1 600 x 1 300 x 200 millimètres.

Kautex Textron a présenté le prototype final, appelé Pentatonic, sur son stand IKV International Colloquium Plastics Technology en septembre 2022. Frederik Block, chercheur à l'IKV, a décrit le développement et les tests à Aix-la-Chapelle lors d'une présentation sur l'intégration du renforcement en fibres sans fin dans le processus de moulage par compression des thermoplastiques renforcés de fibres longues (LFT).

Bloc; Roman Bouffier, directeur de recherche Kautex Textron ; et Nicolay Bergmann, ingénieur principal en développement, ont déclaré qu'une résistance élevée aux chocs est importante pour résister aux dommages causés aux modules de batterie par l'avant, l'arrière, le dessous de caisse (crevaison de la borne) et l'impact du véhicule.

Tests au niveau des composants décrits en bloc sur des poutres nervurées thermoplastiques à fibres longues en nylon chargé de verre/fibres de verre, renforcées par une feuille organique produite à l'Institut Fraunhofer de technologie chimique (ICT) de Pfinztal, en Allemagne, dans un procédé LFT direct. Comme tous ne respectaient pas initialement la limite de 100 kN, Block a disposé plusieurs structures côtelées les unes à côté des autres pour une meilleure répartition de la charge.

Bouffier a souligné les défis des boîtiers de conception métallique actuels. Ils utilisent des structures de boîtier en tôle d'acier ou en aluminium embouties et des renforts intérieurs en profilés d'aluminium moulés sous pression et extrudés et soudés, avec des trous laborieusement découpés et fraisés dans les profilés extrudés.

Le boîtier Pentatonic pèse 55 kilogrammes contre 61 kg et 89 kg pour des boîtiers équivalents en aluminium et en acier, respectivement. Il offre des avantages clés en matière de conception plastique avec une économie de poids de 15 %, une économie de coûts de 20 % et une empreinte CO2 inférieure de 45 % par rapport aux boîtiers métalliques [93 kg de moins que l'aluminium, 556 kg de moins que l'acier, plus de 200 000 km], a déclaré Bouffier.

Le boîtier a un degré élevé d'intégration de composants fonctionnels et est moulé en une seule fois, avec des brides sans soudure, des profils UD verticaux au lieu de profils métalliques, une intégration de filetage et un "acheminement sûr du liquide de refroidissement", a souligné Bouffier.

Havya Premkumar, responsable de l'ingénierie chez Kautex Textron, a déclaré plus tôt dans l'année : "Ce qui est unique dans notre système de batterie Pentatonic, c'est qu'il ne nécessite aucun renfort métallique. Contrairement aux boîtiers de batterie en acier et en aluminium inflexibles, Pentatonic offre une solution personnalisable et légère bénéficiant de l'intégration des fonctionnalités et de la gestion thermique."

Bouffier fait référence à la résistance au feu interne et externe. Compte tenu de l'utilisation de la qualité B24CMH 2.0 de GF-nylon 6 et de la feuille composite Dynalite 102-RGUD600 Tepex moulée par compression de Lanxess Germany GmbH, basée à Cologne, en Allemagne (Hall 6, Stand C76-C78), Bouffier a été interrogé sur la nécessité d'un matériau ignifuge UL94 VO. Il a répondu: "Nous n'avons pas nécessairement besoin de V-0, mais une conception intelligente avec autant d'ignifugation que nécessaire détermine si les tests d'incendie sont réussis."

L'engagement de Kautex Textron envers les boîtiers de batteries thermoplastiques a été confirmé par son annonce d'août 2021 d'expansion de la production à l'usine de Pinghu, en Chine, avec l'installation d'une ligne D-LFT basée sur une presse de 5 500 tonnes, spécifiquement pour les boîtiers de batteries Pentatonic et visant à servir plus de cinq clients locaux.

Bouffier a admis l'évaluation du matériau à base de polypropylène, mais elle a été rejetée en raison d'une résistance à la chaleur inférieure de 10 ° C à celle du nylon. Rudolf Stauber de Stauber-Engineering, un ancien directeur de BMW, a déclaré que le transport de véhicules par rail, route ou bateau cause des dommages par impact répétitif. Donc, un rembourrage doit être utilisé. Un autre ancien responsable de BMW, Hans Schwager de Consulting4Carbon, qui a précédemment dirigé le développement de la structure de cellule passager en fibre de carbone de la BMW i3, a posé des questions sur les variations de température, après quoi Bouffier a répondu que cela n'avait pas été testé.

Bouffier a suggéré que les constructeurs automobiles peuvent mieux parler de recyclage, mais a suggéré que le nylon dans les boîtiers de batterie en fin de vie pourrait, en théorie, être dissous dans une solution et les fibres de verre résiduelles broyées et utilisées à d'autres fins, en raison du raccourcissement de la longueur des fibres lors du broyage, "si nous avons idéalement une boucle fermée". Stauber était sceptique, déclarant: "De nombreuses voitures appartiennent à des particuliers, dont les véhicules ont diverses pièces démontées, tandis que le reste va dans l'un des 66 broyeurs en Allemagne. Ils ne reviendront pas à Kautex; cette industrie est axée sur le marché et réglementée par les politiciens. "

Bouffier a expliqué que le moulage par compression a été choisi comme un "processus de fabrication polyvalent et mature, excellent lorsqu'il est appliqué avec un renforcement en fibres longues continues", également pour le D-LFT, le GMT ou le composé de moulage en feuille renforcé de fibres (SMC) à base de polyester ou de résine d'ester vinylique. Il a admis qu'il y avait place à amélioration dans la simulation de l'orientation des fibres. Et bien que le blindage électromagnétique n'ait pas été « intrinsèquement résolu, il existe des solutions en place ».

IKV étudie également les boîtiers de batterie SMC. Cela ressort clairement d'une présentation de la chercheuse IKV Vera Austermann et de pièces exposées dans le laboratoire de composites IKV à Aix-la-Chapelle-Melaten. Austermann a décrit la modélisation et la validation d'un renforcement local continu externe et/ou interne en bande de towpreg imprégné de résine de fibre de carbone de SMC pour les boîtiers de batterie. Cela concerne l'amélioration des propriétés mécaniques d'un "matériau SMC à faible coût".

Cette approche "hybride SMC", basée sur des remorquages ​​CF de Wiesbaden, en Allemagne, SGL Carbon SE et un composé SMC en polyester insaturé renforcé à 40 % de fibres de verre de Scanzorosciate, en Italie, Polynt SpA, pourrait constituer la base de boîtiers de batterie SMC hybrides renforcés en interne par une combinaison de nervures sinusoïdales SMC et de profils pultrudés renforcés de fibres de carbone, a suggéré Austermann.

Austermann a déclaré que les imprégnés pré-durcis avec "45 grammes de CF" représentent 3% du poids de la pièce, mais entraînent 20% de déformation sur l'axe z en moins. Un démonstrateur hybridSMC combinant un renforcement local de towpreg contenant 4% de CF avec une structure de collision à nervure sinusoïdale interne a montré un comportement ductile au lieu d'un comportement de rupture fragile. Il a résisté à une force supérieure de 57 % et a montré une augmentation de 317 % de l'absorption d'énergie.

Les travaux en cours chez IKV comprennent "une évaluation approfondie des procédures de recyclage, du potentiel d'économie de CO2 et de la réduction du temps de cycle", a déclaré Austermann. Fait intéressant, Kautex Textron était partenaire du projet hybridSMC, qui s'est achevé fin 2021.

IKV a utilisé des équipements de Frimo Group GmbH, basé à Lotte, en Allemagne (hall 13, stand C60), installés dans le laboratoire de composites IKV et dans le centre de solutions d'ingénierie légère AZL Aachen GmbH situé à proximité sur le même campus universitaire RWTH qu'IKV. La simulation a été réalisée avec le logiciel de SimpaTec Simulation & Technology Consulting GmbH, basé à Aix-la-Chapelle (Hall 13, Stand A94).

Kautex Textron GmbH & Co. KG

Salle 14, Stand C16

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