Přesné lisování kovů pro komponenty elektromobilů: Materiály, tolerance a požadavky na kvalitu

Elektrický   Vozidla se skládají ze stovek drobných kovových součástek, které usnadňují přenos energie, vytvářejí elektronická spojení a po léta odolávají extrémním teplotám a mechanickému namáhání. Většina z nich jsou přesné kovové lisované díly , jako jsou svorky a nabíjecí konektory, vyráběné ve velkých objemech, které se snadno vyrobí v milionech kusů ročně. Jediná špatně vyrovnaná tolerance malé přenosové lišty nebo kontaktního bodu může vést k poklesu napětí, lokálnímu nebo obecnému odvodu tepla nebo k selhání vnitřního spojení v bateriovém bloku. Lisování v automobilovém průmyslu dnes splňuje požadavky normy ISO/IATF 16949.

Mnoho dodavatelů elektromobilů dodržuje přísné tolerance až ±0,001 palce na hlavních kontaktních plochách. Tento článek popisuje výběr vhodných materiálů, stanovení cílových tolerancí, kontroly kvality a další klíčové prvky, kterým je třeba věnovat pozornost při pořizování lisovaných dílů pro projekty elektromobilů.

Součásti baterie a elektrické kontakty

Bateriové bloky představují pravděpodobně jednu z nejobtížněji sestavitelných součástí elektromobilů. Konektory článků, svorkovnice, kontaktní pružiny, to vše se nachází uvnitř uzavřeného pouzdra baterie, kde teplota i mechanické namáhání po celou dobu životnosti vozidla neustále rostou. Uvolněná nebo oxidovaná část uvnitř baterie může způsobit lokální zahřátí nebo poruchu vozidla, takže tolerance a výběr materiálu zde hrají větší roli než téměř kdekoli jinde ve vozidle.

Měděné terminály a jejich role

Měděné svorky fungují jako cesty pro elektřinu z jedné součásti do druhé, jako jsou články, moduly a dokonce i do kabelového svazku vozidla.

S čistou mědí a slitinami mědi, jako je C1100,C5191,C7025,C18160,C18150 , nedochází k velkým ztrátám energie. Jejich vodivost se může dokonce blížit 100 % IACS, což umožňuje nízkou tvorbu tepla při namáhání velkým elektrickým zatížením. Tloušťka svorek obvykle začíná od 0,2 mm do 1,5 mm, zatímco ražené hrany by měly být bez otřepů, takže drsná hrana pouze zvýší odpor proudu a tím zvýší jeho teplotu na rozhraní s materiálem.

Pokovování přináší ochranný povlak:

• Cínování hodně pomáhá, pokud jde o běžnou korozi, protože vrstva koroze zabraňuje další korozi a zároveň umožňuje velmi hladké pájení.
• Postříbřené povrchy umožňují kontakty s velmi nízkým odporem, a proto se používají ve vysoce výkonných terminálech, jako je tento.
• Poniklované díly jsou odolné vůči korozi v místech, kde je uvnitř baterie relativně vysoká teplota, což je činí vhodnými pro dlouhodobé venkovní použití.

Elektrické kontakty a konstrukce pružin

Elektrické spojení držené pružinovými kontakty je důležitým aspektem pro úspěšné a odolné zařízení. Lisované pružinové kontakty se tak nazývají kvůli své podobnosti se šrapnely střel a samotné střely jsou známé tím, že si zachovávají svůj tvar i po nesčetných cyklech vkládání a vyjímání. Proto se beryliová měď a fosforový bronz považují za nejlepší materiály pro tuto aplikaci, protože si i po neustálém ohýbání zachovávají své pružné vlastnosti.

Pružinový kontakt, který selže ve své funkci, má za následek přerušované spojení. V praxi to tedy znamená, že se kontrolky na palubní desce budou přerušovaně vypínat/zapínat nebo že nedojde k řádnému nabíjení, čehož si všimnete později a způsobí to spoustu problémů.

Přípojnice   a nabíjecí konektory

Použití přípojnic k přenosu velkého množství proudu mezi bateriovými jednotkami, střídačem a motorem je poměrně běžné. Lisovaná přípojnice, na rozdíl od kabelového svazku, poskytuje pevnou cestu s velmi nízkým odporem, která může nést vyšší proudy na mnohem menší ploše.

Většina přípojnic pro elektromobily je vyrobena z měděného nebo hliníkového plechu o tloušťce 1 až 4 mm. Po lisování se upraví tvar tak, aby dokonale odpovídaly rozvržení svazku.

Nabíjecí konektor má odlišné požadavky na zapojení.

Někdy může konektor pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem přenášet přes 350 kW prostřednictvím pinů o velikosti hrotu tužky; teprve potom je zřejmé, že je nutné mít svorku vyrobenou z mědi nebo lisovaného kovového materiálu, která bude použita v konektoru, s čistým povrchem a velmi přesným vnitřním uchycením, aby se zabránilo jakémukoli jiskření nebo přehřátí během nabíjení.

Mezi díly, které společnost Fortuna Metals vyrábí pro nabíjecí pistole, patří měděné svorky vyrobené pro programy vozidel s novými zdroji energie, u kterých musí společnost snášet přísné tolerance, protože naše cykly zapojení a odpojení neustále probíhají.

Klíčové specifikace, které je třeba zkontrolovat na přípojnicích

Pokud chcete pokračovat ve schvalování návrhu přípojnic, neměli byste zapomenout vyžádat si od dodavatele následující specifikace:

Zkontrolujte, zda aktuální kapacita není založena pouze na průměrném využití; měly by se zohlednit i skutečné provozní podmínky.

• Tloušťka pokovení kontaktních ploch, obvykle měřená v mikronech
• Rovnoměrnost po celé délce přípojnice, protože ohnutý kus bude mít za následek rozdílný kontaktní tlak
• Izolační povlak, když se část přípojnice přiblíží k jiným vodivým částem

Výběr materiálu z hlediska vodivosti a odolnosti proti korozi

Možná jste slyšeli, že materiály používané pro různé komponenty elektromobilů jsou vystaveny chemikáliím z baterií, posypové soli a chladicí kapalině, nemluvě o neustálém pohybu v důsledku vibrací, které doprovázejí řízení těchto vozů.

Materiálové volby proto musí kromě pevnosti a dlouhodobé odolnosti proti korozi zohledňovat i vodivost. Jakákoli součástka, která selže předčasně, představuje obrovské náklady z hlediska záruční výměny a v případě součástí souvisejících s bezpečností i život ohrožující situaci.

Měď   Vodič má nejlepší elektrickou vodivost, ale musí být pokoven nebo potažen, aby byl chráněn před vlhkostí uvnitř bateriového bloku. Hliník je méně vodivý, ale mnohem lehčí – což je vlastnost, která je ceněna u elektromobilů, kde hmotnost baterie přímo ovlivňuje dojezd. Konstrukční konzole vyrobené z nerezové oceli, které obsahují bateriové moduly, lze často vidět, protože klíčovými faktory jsou mechanická pevnost a odolnost proti korozi, nikoli elektrická vodivost.

Konzistence rozměrů ve výrobě

Vozidla pro sdílenou jízdu musí vydržet poměrně dlouho a zároveň samozřejmě probíhá i výroba baterií, takže je potřeba konzistence, pokud jde o vyráběné díly. Jinými slovy, dodavatel musí zajistit, aby tolerance pro díl číslo jedna a díl číslo jedna milion zůstala stejná. Konzistence rozměrů je založena na kontrole opotřebení nástrojů, údržbě lisů a kontrole během procesu. Při kontrole dodavatele je třeba mít na paměti tyto činnosti.

• Používejte řídicí diagramy procesu pouze pro kritické dimenze
• Pro kontrolu kvality každé vyrobené šarže použijte souřadnicový měřicí stroj
• Údržba matrice by se měla provádět podle počtu zdvihů, nikoli pouze vizuální kontrolou.
• Dodavatelé bateriových modulů by měli po fázi vzorkování a před hromadnou výrobou poskytnout zprávy o první kontrole všech nově vyvinutých nástrojů.

Dodavatel, u kterého takové kontroly chybí, by mohl dodat díly, které splňují specifikace první den, ale do šestého měsíce se od specifikace postupně odchylují, což by vedlo k problémům na montážní lince, které se projeví daleko od lisovacího lisu.

Konzoly a konstrukční podpůrné díly

Ne všechny lisované díly v elektromobilu vedou proud. Konzoly se používají hlavně k podepření bateriových modulů, kabelových svazků a chladicích potrubí uvnitř vozidla po celou dobu jeho používání. Tyto díly jsou vystaveny neustálým vibracím od vozovky a změnám teploty v důsledku blízkosti bateriových bloků. Proto je odolnost materiálu proti únavě materiálu stejně důležitá jako hrubá pevnost. V konzolách se poměrně často objevují jak nerezová ocel, tak i povlakovaná uhlíková ocel; jejich volba je obvykle založena na hmotnostních omezeních a potenciálu koroze v místě montáže.

Nejdůležitější požadavky na kvalitu

Norma IATF 16949 je soubor standardů kvality používaných konkrétně dodavateli v automobilovém nebo dílovém dodavatelském řetězci. Dodavatelé, kteří jsou akreditováni pro systémy environmentálního managementu dle norem IATF 16949, ISO 9001 a ISO 14001, prošli několika audity, které zahrnovaly řízení procesů, sledovatelnost a neustálé zlepšování. Fortuna Společnost Metals je certifikována podle norem IATF 16949: 2016, ISO 9001: 2015 a ISO 14001: 2015. Jedná se o certifikovanou lisovací společnost, která se spoléhá na více než 80 lisů pro lisovací operace v rozsahu od 25 do 300 tun a na více než 40 CNC strojů pro další úlohy.

Kromě certifikace je zde seznam věcí týkajících se dodavatelů, které stojí za to zjistit:

• Sledovatelnost materiálu z certifikátu závodu pro každou cívku nebo svitek
• Dodržování předpisů v oblasti životního prostředí a podávání zpráv, včetně CBAM pro díly dodávané do EU
• Pokud je nutné seřídit nástroj, nemusíte čekat tak dlouho; proto může být nezbytná schopnost provádět návrh a opravy nástrojů na místě.
• Pokud je komponent elektromobilu vyvážen z několika zemí a poté sestaven v rámci finální montáže, pravděpodobně by k tomu byla zapotřebí společnost s mezinárodními zkušenostmi s exportem.

Závěrečné myšlenky

Díly   Výroba elektromobilů obvykle vyžaduje použití vysoce přesné metody lisování kovů, aby bylo možné vyrábět takto citlivé produkty. Pro každou továrnu na lisování kovů je velmi obtížné, ale také nezbytné udržet konzistenci vodivosti, odolnosti proti korozi a rozměrových vlastností u velkého počtu komponentů po dlouhou dobu. Spolupráce s dodavatelem, který je držitelem příslušných automobilových certifikací, vlastních nástrojových kapacit a má solidní zkušenosti s produkty, jako jsou měděné svorky, sběrnice a nabíjecí konektory, jistě poskytne vašemu projektu pevnější základ od fáze prototypu až po plnou výrobu.

Chcete, aby lisované díly vašeho vozu odolaly aplikacím elektromobilů? Navštivte dgmetalstamping.com a podívejte se, co vám můžeme nabídnout s bateriovými články, nabíjecími porty a propojovacími komponenty, nebo zavolejte našim technikům a získejte ještě dnes individuální cenovou nabídku.

Často kladené otázky

1. Jakou toleranci obvykle potřebují lisované díly pro elektromobily?

Nejdůležitější součásti, jako jsou kontakty, jsou utaženy s mnohem menšími tolerancemi ±0,001 až ±0,003 palce. Součásti běžného průmyslu obvykle tak pevné nebývají!

2. Proč se měď používá pro svorky a přípojnice elektromobilů?

Pro udržení velmi nízkého odporu při vysokém proudovém zatížení je nejlepší volbou měď se 100% vodivostí.

3. Jakou certifikaci by měl mít dodavatel dílů pro elektromobily?

Certifikace IATF 16949:2016 a také certifikace ISO 9001:2015 a ISO 14001:2015 pro systémy managementu kvality i environmentálního managementu

4. Jak silné jsou typické přípojnice používané v bateriových sadách elektromobilů?

Většina z nich má tloušťku od 1 mm do 4 mm a liší se podle toho, kolik prostoru můžete poskytnout a také jaké proudové zatížení bude součástka mít.

5. Proč je rozměrová konzistence při výrobě elektromobilů důležitější?

Vzhledem k tomu, že výrobní série elektromobilů jsou velmi dlouhé a díly jsou potřeba ve velmi velkých objemech, i malé odchylky, které se časem nahromadí, mohou z dlouhodobého hlediska vést k problémům s montáží a vážným bezpečnostním problémům.