Batalha pela caixa

Quer você os chame de pacotes, caixas ou bandejas, as estruturas que envolvem e protegem as células de bateria EV e seu hardware de gerenciamento elétrico e térmico de suporte estão entre as principais prioridades do subsistema da indústria. A otimização da bateria envolve uma série de opções de fabricação e material, compensações de massa e embalagem, provisões de segurança e desafios de projeto/engenharia estrutural, disseram especialistas de OEM e fornecedores à SAE Media.

"Você quer a bateria aparafusada ao veículo ou integrada à estrutura da carroceria?" perguntou Darren Womack, Gerente de Departamento Sênior, Carroceria e Estruturas, no grupo global de P&D da Magna. Estampagem a quente, estampagem a frio, laminação, hidroconformação, fundição e aço, alumínio, compósitos e termoplásticos - estão gerando "discussões acaloradas" no desenvolvimento de embalagens, disse ele em uma recente reunião de analistas.

Os OEMs claramente querem eliminar a estrutura redundante para otimizar o espaço da embalagem e reduzir a massa e a complexidade, disse Womack. Integrar a bateria EV em sua plataforma circundante envolve várias configurações. O design Cell-to-pack, atualmente em produção na BYD, dispensa o estágio intermediário do módulo, colocando as células diretamente na embalagem. A tecnologia Cell-to-Chassis integra a célula da bateria com o chassi do veículo, acionamento elétrico e gerenciamento térmico. Todos os componentes da bateria ficam alojados na carroceria do veículo na cor branca, dispensando a embalagem separada.

Em tais configurações, sob investigação da Tesla e outros, a bandeja do chassi e a estrutura lateral do veículo funcionam como placa inferior e laterais da bateria. Nesse casamento, a integridade do impacto, a montagem precisa da embalagem e a vedação robusta são fundamentais.

"Cada OEM vai querer um 'manual' - um menu de opções com base em seus critérios, incluindo fator de forma da célula, tamanho da bateria e veículo", explicou Mario Greco, diretor de estratégia e marketing da Global Automotive, da especialista em alumínio Novelis. "Nenhuma solução única para gabinetes de bateria servirá para todos."

Por exemplo, uma solução de alto volume pode ser um invólucro estampado de peça única. Pode incluir uma estrutura de refrigeração integrada porque a arquitetura do veículo se presta a um design de célula para chassi em vez de célula para pacote, disse ele. "Acho que veremos uma convergência entre o 'skate' e as arquiteturas monobloco de próxima geração", disse Greco, "porque os fabricantes OEM que estão entrando nos EVs têm arquiteturas monobloco totalmente novas, projetadas para atendê-los por um bom tempo. enquanto."

Apesar da carga de massa significativa das baterias de lítio refrigeradas a líquido, melhorias na redução de massa EV ainda são possíveis, de acordo com Gregor Klement, engenheiro-chefe global, bandejas de bateria, na Magna. "Olhando para o futuro, vemos cada vez mais integração da bateria na carroceria do veículo", disse ele, com metais leves e compósitos desempenhando um papel importante. "A Magna R&D está trabalhando em soluções da célula ao chassi, e vemos os clientes olhando em uma direção semelhante. Ao eliminar peças estruturais redundantes, vemos oportunidade para uma boa melhoria em peso e custo." Mas ele acha que o peso da bateria provavelmente nunca será totalmente compensado.

Com a eletrificação de veículos ainda em sua fase inicial, muito do desenvolvimento de subsistemas EV está no caminho crítico, disse Jeremy Loveday, gerente de engenharia do programa para o superluxury 2024 Celestiq da Cadillac. Nesse cenário, os Tier 1s estão oferecendo soluções de curto e longo prazo para avaliação de OEM. O conceito de caixa de bateria 3 em 1 da DuPont, revelado no final de 2022, é um novo exemplo de design modular que consolida o resfriamento celular, a interconexão elétrica e os componentes estruturais. Seu invólucro é feito de Zytel HTN da empresa, uma poliamida à base de náilon capaz de resistir a altas temperaturas.

De acordo com Frank Billotto, líder de desenvolvimento de negócios de materiais de bateria no grupo de materiais e mobilidade da DuPont, o conceito fornece resfriamento semidireto (as células são resfriadas por meio de suas guias) e fácil montagem por meio de interconexões elétricas. Ele disse que o design permite baterias com maior densidade de energia, melhorando o alcance do veículo e a eficiência do pacote.