1) Akü muhafazası konseptleri IABC gündemine damgasını vurdu
2) Daha büyük EV aküleri ve daha ucuz malzemeler planlayın
3) Karma malzemeler kalıcı olacak
4) 2024'te fiyat paritesi: BEV ve ICE'ler
5) Yenilikçi profiller için 3D haddeli şekillendirme ve 3D yazdırma
2020 Chevy Corvette için Beyaz Gövde
ABD 2019 IABC Kongresi'nde açık farkla en gözde konu BEV'lerin akü muhafazalarıydı. BEV menzilinde artış ihtiyacını karşılamak için akü hücreleri ağırlaşıyor (Wh/kg) ve enerji yoğunluğu çok daha artıyor (Wh/litre). Birçok nedenden ötürü, OEM'lerin BEV'lerine daha fazla akü hücresi/modülü katması artık ticari açıdan da mantıklı bir harekettir.
Ancak aküler büyüyüp ağırlaştıkça, hücreleri çarpışma sırasında olabilecek bir intrüzyondan korumak için Beyaz Gövde (BIW) mühendisliğinin de daha yaratıcı çözümler bulması gerekecek. BEV akülerde yaşanan en büyük zorluk yan direk darbe testidir.
Ama aynı zamanda akü muhafazalarının çok işlevli olması da tasarımcıların işini kolaylaştırır: BIW taban yapısının geri kalanıyla kombine edildiğinde sertlik ve burulma rijitliği katarak bunları ICE'lere kıyasla %30'un üzerinde artırırlar (kaynak: Caresoft Global Inc.).
Yükseklikten tasarruf sağlayan 3D haddeli şekillendirilmiş kirişleriyle Docol EA Tasarım Konsepti de dahil olmak üzere çok sayıda akü muhafazası konsepti sunuldu.
Michigan Üniversitesi ve Bloomberg New Energy Finance'ten Don Malen'a göre 2020'den sonra alüminyum ile hafifletmek ilave akü modülleri eklemekten daha pahalıya gelecek. Tüketiciler daha uzun menzil ve daha az "menzil kaygısı" için kesinlikle daha büyük akü isteyecek.
Daha büyük aküler, BIW'lerin daha yüksek araç kütlesinin artan enerjisini emebilmesi için ultra yüksek dayanımlı çelik (UHSS) kullanımı gerektirecek.
Alüminyum akü muhafazalarının maliyeti, daha şimdiden AHSS ve UHSS çelikten yapılan muhafazalara kıyasla dezavantaj taşıyor. Improvalue, AHSS/UHSS'den yapılmış bir akü muhafazasında alüminyum muhafazaya oranla araç başına $88 ila $110 güncel avantaja işaret ediyor. (Varsayımlar: ideal fabrika, 200.000 araç/yıl; 5 yıl üretim; malzeme maliyeti, şekillendirme süreçleri, montaj ve e-kaplama dahil.)
IABC'de sunum yapanlar, EV akü muhafazaları büyüdükçe ve tasarımcıların AHSS/UHSS çözümlerindeki yaratıcılıkları arttıkça, bu fiyat farkının gelecekte muhtemelen daha da artacağını belirtti. Tavsiyeleri: Alüminyum muhafaza için yaptığınız tasarımın aynısını çeliğe nakletmeyin. Bunun yerine, mevcut imalat süreçlerinizi kullanan yeni tasarımlar için AHSS çeliklere özgü avantajlardan yararlanın — ve 3D haddeli şekillendirme gibi yeni çelik şekillendirme proseslerini dikkate alın.
Daha büyük, daha güçlü (ve daha ağır) EV akülerde bile hafifletme kritik önem taşımaya devam edecek. OEM'ler de daha büyük akülerin getirdiği ek ağırlığı kısmen dengelemek isteyecek. Ayrıca AHSS/UHSS çeliklerle yapılan hafifletme, GHG yoğun alüminyuma ve CRFG'ye göre ekonomik (ve çevresel) açıdan çok daha mantıklıdır. Umarız birkaç yıl içinde daha yüksek (enerji) yoğunlukta katı hal aküleri görmeye başlarız: Bunlar lityum-iyon bataryalardan daha hafif ama muhtemelen daha da pahalı olacağından, tasarımcılar öngörülebilir bir gelecekte ekonomik AHSS/UHSS ile devam etmeyi isteyecektir.
Bazı premium araba modelleri (örn. Tesla X, S ve 3, BMW i3 ve Jaguar I-Pace) şu anda BIW'de yüksek miktarda alüminyum kullanırken, daha uygun fiyatlı modeller (Renault Zoe, Nissan Leaf, Chevy Bolt) karma malzemeli, çelik yoğunluklu bir yaklaşım güdüyor.
Bazı premium arabalar BIW'de yüksek miktarda alüminyum kullanmaya devam etse de, gelecek bunun tam tersine işaret ediyor. Arabaların malzeme karışımları, belirli optimizasyon sorunlarını çözen belirli malzemelerin kullanımıyla birlikte artış gösteriyor.
Örneğin 2020 Ford Explorer'in yepyeni BIW platformu malzeme listesi:
Standart çelik %24,2
Yüksek dayanımlı çelik %21,4
Gelişmiş yüksek dayanımlı çelik %13,1
Ultra yüksek dayanımlı çelik %9,2
Preste sertleştirilmiş çelik %25,2
Alüminyum – Pres %0,1
Alüminyum – Ekstrüzyon %3,7
Alüminyum – Döküm %2,1
Magnezyum – Döküm %0,5
Ford ana yük yolu, üst yük yolu, germe kirişleri ve sıkıştırma kirişleri için "kemik yapı yorumu"nun topoloji analizi dahil olmak üzere, BIW topoloji optimizasyon yaklaşımını sundu. 2020 Ford Escape/Kuga'daki "biyonik" destek yapısı, darbe yüklerinin minimum düzeyde bükülme ile gerilime ve sıkışmaya dönüştürülmesiyle sonuçlanıyor.
2020 Escape/Kuga'da, ön yapı, sütunlar, tavan rayı ve alt arka yapıyı da içeren ana parçalar, her büyük bölgesel pazar için ayrı ayrı tasarlandı. Her ne kadar bu parçalar bölgesel performans gerekliliklerini karşılamak için özel olarak tasarlansa da, bir grup olarak hepsi optimum kütle etkinliğine ulaştı.
2020 Escape/Kuga öncüllerinden daha hafif bir araçtır. Tasarımı:
2024 yılına gelindiğinde (ve vergi indirimleri olmadan) BEV'ler lityum-iyon akü maliyetlerinin düşmesi nedeniyle tüm model türleri ve sınıfları genelinde ICE'lerle fiyat paritesine ulaşacak. Potansiyel EV alıcılarının beklediği büyük değişime çok yaklaştık: daha uzun menzilli, daha ucuz EV'ler ve sürdürülebilir elektrik ücretleri
Diğer bir açıdan bakarsak, 2022'ye gelindiğinde aküler yaklaşık $100/kWh düzeyine düşerek, 610+ km menzilli cazip fiyatlı BEV'lerin yaygınlaşmasını sağlayacak.
2020 Ford Explorer'da kullanılan Shape Corporation'un 3D Taramalı Şekillendirme Teknolojisi çoklu düzlemler ve yönlerin tümünü haddeli şekillendirme prosesiyle aynı hizada tarar. Besleme hızlarını, hattın indüksiyon kaynakçısının minimum besleme hızı belirler. Tek bir 3D haddeli şekillendirme işleminde, martensitli çelik 3 boyutlu bükümler ve 2020 Explorer'a göre optimize edilmiş bir kapalı profille özel sipariş olarak yapısal bölmeli borular halinde şekillendirilir.
Shape 3D Tarama Teknolojisi ise R 400mm gibi bir darlıkta taramalar yapabilir ve bükücünün tarama yarıçapını değiştirmesi için sadece 100mm minimum geçiş bölgesine ihtiyacı vardır. Haddeli şekillendirme verimini artırmak ve bükücünün esnekliğinden yararlanmak için, büküm işlemi 3D haddeli şekillendirme hattından ayrılmıştır.
SSAB ayrıca Docol EV Tasarım Konseptinde akü muhafazaları için 3D haddeli şekillendirmeyi vurguladı. 3D haddeli şekillendirme, bir kısmi sabit ve diğer kısmı esnek olan kirişler kullanarak muhafazanın yük taşıyıcı tabanını oluşturur. Böylece bir kiriş, Z yönündeki yüksekliği iki katına çıkarılmaksızın, benzer (alt üst edilmiş ve bir kafes paternine yerleştirilmiş) bir profile dik olarak yerleştirilebilir ve yolcu bölümünde alan tasarrufu elde edilebilir.
3D yazdırma (diğer adıyla katmanlı imalat), son derece girift ve yenilikçi BIW parçalarıyla konferansa katılanların büyük ilgisini çekti. Örneklerden biri de, telyazıcı ile %58 daha hafif ve optimize hale getirilmiş olan bir direksiyon mafsalıydı. Katmanlı imalat şimdilik, hem kalıp maliyeti ($250.000 ve üzeri) hem parça ağırlığındaki tasarrufun 3D yazdırma maliyetini aştığı düşük hacimli modeller için en uygun seçenek olmaya devam ediyor. Henüz çoğu parça için uygulanamayacak kadar yavaş olsa da, telyazdırma kullanım oranlarındaki artış hızı, birçok BIW parça imalat sürecinin zamanla ortadan kalkacağına işaret ediyor.