Uusia korivaihtoehtoja raskaammille sähköautoakuille: HR1500 martensiitti, 2–4 mm

Sähköautojen toimintasäteen ja akkujen painon kasvaessa suunnittelijat etsivät vahvempia materiaaleja sekä akkukoteloihin että niihin liittyviin korirakenteen turvajärjestelmiin. Kylmävalssatun martensiittisen teräksen paksuus voi olla enintään 2,1 mm, mutta kuumavalssattu 1500 MPa:n martensiitti – nyt saatavana 2–4 mm:n paksuisena – ja perinteinen rullamuovaus ovat valmiina vastaamaan sähköautojen vaativampiin tarpeisiin.

Sähköauton toimintasäde ratkaisee ostopäätöksen

Useimmille sähköautojen ostajille ratkaisevaa on toimintasäde. Se on kaikista tärkein asia. Sähköautojen suunnittelijat joutuvat painimaan yhä raskaammaksi käyvien akkujen sovittamisen kanssa, kunnes uusi kevyempi akkutekniikka tulee saataville. Akkujen ja auton painon lisääntyminen tuo mukanaan uusia haasteita myös törmäyssuojalle – sekä akkujen että matkustajien näkökulmasta.

Suunnittelijoiden tarkastellessa raskaampien akkujen vaatimaa materiaalioptimointia kylmävalssatun martensiittisen teräksen 2,1 mm:n enimmäispaksuus on saanut heidät harkitsemaan uusia vaihtoehtoja. 

Sähköautoakkujen paino kasvaa: ratkaisu on HR1500M, 2–4 mm

SSAB on kehittänyt ennakoivasti jo vuosien ajan murtolujuudeltaan 1500 MPa:n kuumavalssattua martensiittista Docol®-terästä.

”Autoteollisuudessa tarvitaan vahvempia akkukoteloita ja korin turvajärjestelmiä raskaampien sähköautoakkujen vuoksi, ja pystymme nyt tarjoamaan sille ratkaisun”, kertoo autoteollisuuden suunnitteluasiantuntija Robert Ström SSAB Knowledge Service Centeristä. ”Martensiittinen Docol® HR1500 -teräs mahdollistaa myös rakenteiden keventämisen ja kustannustehokkuuden kokonaistuotannossa kuumaprässäyksen jäädessä pois. Nämä ovat merkittäviä lisäetuja. Tärkeintä on kuitenkin törmäysvoimien hallinta tehokkaan muotoilun ja erittäin vahvojen materiaalien yhdistelmällä.”

Robert Ström, autoteollisuuden suunnitteluasiantuntija, SSAB Knowledge Service Center

Robert Ström, autoteollisuuden suunnitteluasiantuntija, SSAB Knowledge Service Center

Tehokkaimmat muodot törmäyskuormia vastaan

Useat tuotantoinsinöörit ovat perinteisesti suhtautuneet gigapascalterästen (1000+ MPa) kylmämuovaukseen epäröiden. Monet heistä ovat nyt panneet merkille martensiittisesta teräksestä valmistettujen rullamuovattujen osien erinomaisen suorituskyvyn. Rullamuovaus on erittäin tehokas tapa muotoilla profiileja, joita voidaan käyttää sekä akkukoteloissa että ajoneuvoja vahvistavissa rakenteissa. 

”Törmäysvoimat eivät yleensä toimi kovin monimutkaisesti: ne haluavat kulkea lyhintä reittiä pisteestä A pisteeseen B”, Ström selittää. ”Tehokkaimmat vahvistusrakenteet ovat siis suhteellisen yksinkertaisia. SSAB:n tutkimukset osoittavat, että tehokkaimmat muodot useimpia kuormia vastaan ovat suljettuja profiileja, jotka vaativat rullamuovausta.”

”Mutta on tärkeää ottaa rullamuovaus huomioon suunnittelussa heti alusta alkaen”, Ström jatkaa. ”Kun konseptiamme käytetään jo varhaisessa vaiheessa, se voi inspiroida suunnittelijoita löytämään uudenlaisia vahvoja suojausratkaisuja akuille ja matkustajille raskaissa sähköajoneuvoissa.”

Docol®-suunnittelukonsepti sähköautoille

Docol®-suunnittelukonsepti sähköauton akkukotelossa. Auton (punaisella merkitty) kynnyspalkki vaimentaa sivuiskuja – suojaten akkuja – kun törmäyskuorma kulkee (punaisella merkittyjen) alustan poikittaispalkkien läpi. Sekä kynnys- että poikkipalkit on rullamuovattu martensiittisesta Docol®-teräksestä.

Erinomainen mekaaninen ”leikattavuus”

1500 MPa:n murtolujuudesta huolimatta martensiittisella Docol® HR1500 -teräksellä on erinomainen mekaaninen ”leikattavuus”, kun SSAB:n suosittelemia leikkausparametreja noudatetaan.

Leikatun reunan pinnan muoto

Analyysi 3,5 mm paksun martensiittisen Docol® HR1500 -teräslevyn mekaanisesti leikatun reunan pinnan muodosta. Huomaa, että leikkausjälki on sileä, tasainen ja halkeamaton.

”Rullamuovauksen lisäksi martensiittista HR1500-terästä voidaan myös kylmäprässätä”, Ström kertoo. ”Japanilaiset autovalmistajat ja niiden osavalmistajat kylmäprässäävät nyt tiettyjä auton korirakenteen osia 1,5 GPa:n teräksestä. Yritykset eri puolilla maailmaa myös kokeilevat parhaillaan sivutörmäyssuojien ja puskurivahvikkeiden kylmäprässäystä 1500 MPa:n ja 1700 MPa:n teräksestä. Odotamme yritysten rullamuovaavan ja kylmäprässäävän pian martensiittista Docol® HR1500 -terästä 2–4 mm:n paksuuksissa.”

Sähköautojen Docol®-suunnittelukonseptin kehitys

Docol®-suunnittelukonseptimme on herättänyt paljon kiinnostusta sähköautojen OEM-valmistajien ja niiden osavalmistajien keskuudessa”, Ström sanoo. ”Konsepti tarjoaa ideoita akkukoteloihin sekä kynnys- ja poikkipalkkeihin. Sen on tarkoitus ollakin vain suunnittelun lähtökohta, ei tarjota täydellisiä malleja valmiista komponenteista.”

”Suunnittelukonseptiamme on hyödynnetty laajalti, ja tulokset ovat erittäin positiivisia. Asiakkaat mukauttavat perusideoitamme omiin tarpeisiinsa – juuri niin kuin halusimmekin. He käyttävät konseptin eri osia sähköautojen helmapelleissä, alustan poikittaispalkeissa ja akkujen suojarakenteissa.”

”Suurin osa sähköautojen suunnittelukonseptin teräksestä on edelleen kylmävalssattua”, Ström selittää. ”Mutta kuumavalssatun Docol® 1500M -teräksen avulla voimme soveltaa konseptin teorioita myös raskaampiin sähköautoihin.”

”Ajoneuvosuunnittelijoilla on usein erittäin moninaisia näkemyksiä akkujen suojaamisesta. Sähköautojen suunnittelukonseptimme ideat ovat mukautettavissa näihin erilaisiin lähestymistapoihin.”

”Pidämme konseptin aina mielessämme, sillä raskaisiin sähköautoakkuihin liittyvät haasteet lisääntyvät koko ajan”, Ström sanoo. ”Tekemällä jo varhaisessa vaiheessa yhteistyötä sähköautojen OEM-valmistajien kanssa voimme kehittää suunnittelun huippuunsa – etenkin nyt, kun pystymme tarjoamaan 2–4 mm paksua martensiittista Docol® HR1500 -terästä.”

Sähköautokonsepti

Toinen kuva konseptin toiminnasta sivuiskun jälkeen. Suunnittelukonsepti hyödyntää akkukoteloissa 3D-rullamuovattua ”verkkoa” (ei kuvassa) akun suojaamiseen tilaa säästäen.

Martensiitin 3D-rullamuovaus: kuka uskaltaa ensimmäisenä?

Yksi sähköautojen suunnittelukonseptin osa on vielä jäänyt toteuttamatta käytännössä: martensiittisen teräksen 3D-rullamuovaus akkukoteloprofiileiksi, joiden korkeus jää vain puoleen muista malleista.

”Tietääksemme mikään autonvalmistaja ei käytä 3D-rullamuovaustekniikkaa sarjatuotannossa”, Ström kertoo. ”Ongelma on tyypiltään ’kana vai muna’: kukaan muu ei ole tehnyt sitä, eikä yksikään valmistajista halua olla ensimmäinen.”

”Sähköautojen suunnittelukonseptin akkukoteloissa on ristikkomallinen verkkorakenne 3D-rullamuovatuista palkeista, mikä tekee verkon korkeudesta kaksi kertaa pienemmän. Meillä on siis konsepti. Meillä on siihen tarvittava teknologia. Uskomme sen olevan vain ajan kysymys, että joku sähköautojen OEM-valmistajista tai osavalmistajista tarttuu haasteeseen.”

Haluaisitko näytteen kuumavalssatusta Docol® 1500 MPa -martensiitista? Ota meihin yhteyttä, jos haluat näytteen tai sähköautojen suunnittelukonseptin ehdotuksia tai sinulla on muotoiluun tai tekniseen tukeen liittyviä kysymyksiä. Kiität varmasti itseäsi hyvästä valinnasta. 

 

Muu sisältö