折りたたみ式ガスケットがバッテリーパックのシールの問題を解決

アミール・ヤズダニとアンドレアス・プロクシュが、ダトワイラーの新しい折りたたみ式ガスケットが既存技術の課題にどのように対処するかを探ります

安全性と効率は、今日のバッテリーシステム開発者にとって中心的な焦点です。新しいモビリティソリューション用のバッテリーには、内燃エンジン (ICE) で使用されるバッテリーと比較して、新たな課題が存在します。バッテリーコンポーネントの熱暴走や腐食などの問題は、乗員を危険にさらしたり、バッテリーの寿命を大幅に短縮したりする状況を引き起こす可能性があります。シールは望ましくない悪影響に対する防御の最前線であるため、これらのリスクを軽減するには、ハウジング内のバッテリーを適切に密閉することが不可欠です。バッテリーは、ほこりや湿気の侵入を防ぐために正しく密閉されている必要があります。カバーの電気接地については、シールの導電性も考慮する必要があります。

既存のガスケットは主に接着剤とシリコーンエラストマーをベースにしており、ハウジングに注入して放置して硬化させるフォームインプレイス（FIP）ソリューションと同様に、バッテリーハウジングの封止に一般的です。どちらも、設置時の取り扱い、トレイ上の位置決め、硬化後の有効性、継続的なメンテナンスと耐用年数後のリサイクル性の両方を促進する能力の点で課題を抱えています。その結果、Datwyler は、これらすべての問題を克服するバッテリーパックのシールソリューションを提供する革新的なソリューションである折りたたみ式ガスケットを開発しました。このソリューションは、先進的なエラストマー素材と薄い金属プレートを組み合わせたもので、点で折り畳むことができ、全体として剛性が高く、独自の部品形状に応じて間隔を指定して配置することができるため、手動またはロボットによる正確な取り付けが可能になります。

通常、バッテリーハウジングとそれに関連するシールの公差は非常に制限されており、IP6x または同等の侵入保護パラメーターに準拠する必要があります。いかなる隙間も認められないため、金属インサートを設計する際、Datwyler は誤差を最小限に抑えて寸法を正確に制御できます。エンジニアは、非常に正確な Datwyler のゴム素材の弾性特性を利用して、特定の高さで必要なパラメータ内の要件を満たします。 FIP ガスケットとは異なり、開始セクションや終了セクションがなく、腐食の影響から保護するための小さな溝がないことを確認する必要があります。

バッテリーメーカーはより高密度のバッテリーシステムを製造しており、そのハウジングはより複雑かつ多様になっているため、折り畳み式ガスケットを正確かつ確実に取り付けることが重要です。これらのより複雑な設計では、シールの完全性が損なわれないようにするために、より正確なガスケットが必要であり、ソリューションの金属要素によってこれが確実に行われます。金属は通常、ハウジング自体に使用されているものと同じであり、表面はエラストマーコンポーネントとの強力な結合を確保するために陽極酸化および処理されています。その結果、耐久性と導電性が向上したシーリングソリューションが実現しました。つまり、ガスケットを介して上部カバーから下部ケースに電気が容易に伝達され、電気の蓄積による腐食が回避されます。スタンドアロンの純粋なゴムおよび FIP ソリューションにはこの機能がありません。

最後に、センサーや重要な制御ユニットなどのコンポーネントに影響を与える可能性がある電磁干渉 (EMI) も、折り畳み式ガスケットのゴム要素の配合に使用できる EMI シールド材によって軽減できます。

折りたたみ式ガスケットのシール性能の数値シミュレーションは、設計プロセス全体の中核要素です。このようなシミュレーションにより、極端な条件下でのシールの機械的および熱的挙動を正確に理解できるようになり、さまざまな危機的な状況におけるシールの有効性と信頼性が保証されます。この取り組みは、シールリップに沿ったシール圧力の変化を評価する 2 次元有限要素モデルから始まります (図 1 を参照)。シールの接触圧力と面積が特定の定義された性能の要件を満たしたら、シミュレーション作業は引き続き 3 次元有限要素モデリングを実行して、折り畳み可能なガスケットを保持するために必要なボルトのプレストレス量を評価します。所定の位置に。このプレストレスにより、ハウジング部品間の望ましい導電性も保証されます。

最後に、最後のステップでは、シールリップ全体に沿ったシールの完全性が確保されるように、折り畳み式ガスケットに接続されたバッテリーハウジング全体のシミュレーションに焦点を当てます。これらのシミュレーションタスクのセットにより、ガスケット設計時の最適化プロセスが容易になり、その結果、幾何学的寸法、材料特性、取り付け力が最適化されます。

電池メーカーは、点検やメンテナンスのために電池パックの寿命中に数回開ける可能性も検討しています。折りたたみ可能なガスケットがこれを可能にします。 FIP ガスケットを使用する場合、ガスケットの片面がハウジングに永久的に接着されます。つまり、ガスケットが開いていると取り外すことができなくなります。折りたたみ式ガスケットは、ガスケットとハウジングの間に接着剤が使用されていないため、取り外して簡単に交換できます。締結方法は一般的なセルフピアスリベットまたはM5/M6ネジを使用しており、開けやすくなっています。これにより、検査やメンテナンスが必要な場合、またはバッテリーが耐用年数に達した場合でも、シールガスケットを損傷することなく簡単に分解できます。

エコデザインの観点から見ると、折りたたみ式ガスケットの設計原則は、最初の輸送、取り扱い、設置から効果的な使用、メンテナンス、そして最終的なリサイクルに至るまで、電池メーカーが優れたシールソリューションの利点を体験できることを意味します。

著者について: Amir Yazdani 博士は、Datwyler の先進技術開発マネージャーです。 Andreas Proksch は Datwyler のエレクトリフィケーション製品マネージャーです