Le concept Docol® EV Design est une plateforme virtuelle qui permet de créer de nouvelles solutions AHSS pour les véhicules électriques. Son premier objectif est de concevoir des caisses en blanc innovantes, pour protéger les batteries des véhicules électriques contre les intrusions lors d'impacts — en particulier en cas de chocs-poteau latéraux.
Le concept Docol EV Design est une invention de Robert Ström. Cela fait 16 ans que Ström évolue dans l'ingénierie automobile et la simulation des collisions. Avant SSAB, il travaillait chez BMW.
Qu'entendez-vous par « Docol EV Design Concept ? »
Tandis que les batteries des véhicules électriques deviennent de plus en plus imposantes, pour une plus longue autonomie, les ingénieurs de conception sont confrontés à un défi majeur : comment protéger la batterie en cas de collision. Autrement dit, il faut qu'il n'y ait strictement aucune intrusion dans les piles — même pour le très difficile test d'impact latéral contre un poteau. EV Concept est une « plateforme virtuelle » pour le développement d'idées novatrices et des recherches fondamentales sur les solutions AHSS pour les véhicules électriques à batterie.
Donnez-moi un exemple de concept Docol pour véhicule éléctrique !
Nous avons rassemblé des plans et des prototypes pour un logement de batterie AHSS unique avec une structure de fond en acier Docol 1700 martensitique, c'est-à-dire un acier profilé 3D en traverses qui sont ensuite soudées selon un agencement en filet.
Qu'est-ce que le profilage 3D ?
Dans une machine de profilage 3D, les bobines peuvent se déplacer dans toutes les directions pendant les opérations. Nous avons utilisé le profilage 3D pour créer une traverse dont une partie est fixe et l'autre flexible. Une traverse peut ensuite être placée perpendiculairement à un profil similaire — retourné — sans doubler la hauteur dans la direction Z. Ce point est fondamental pour les constructeurs de véhicules électriques à batterie : si les logements de batterie sont hauts, soit l'espace du compartiment passager est réduit, soit le véhicule est plus grand et moins aérodynamique.
Est-ce que cette conception offre d'autres avantages ?
Le maillage de traverses 3D maintient une distance spécifique entre la plaque porteuse du logement et le support de la batterie, assurant ainsi une protection contre les impacts sous la voiture. Et comme les « rainures » suivent la longueur des traverses, les transferts de charge dans les directions X et Y ne sont pas affectés et par conséquent restent les plus forts possible.
Les traverses bleues sous le compartiment des passagers dans cette illustration montrent la structure inférieure en « filet » d'un logement de batterie — réalisé à partir d'un maillage de traverses obtenues en profilage 3D en acier Docol 1700M (martensitique). Les profilés dans le sens X sont les mêmes que pour le sens Y, mais renversés de manière à diviser la hauteur du maillage par deux.
Logement de batterie Docol EV Concept après simulation d'un choc-poteau. Le montant pousse vers la structure du bas de caisse où les traverses en acier Docol CR 1700M doivent démontrer leur potentiel d'absorption d'énergie.
Quels autres paramètres permettent à ce boîtier de batterie de résister aux impacts ?
Un châssis en acier 1700M encadre le support de la batterie et protège contre les impacts en assurant une structure stabilisatrice. De plus, le support du logement de la batterie est en en acier, tiré de manière à former des parois latérales parfaitement verticales (90°) qui optimisent l'espace du bloc batterie. Le support empêche aussi les piles de batterie de fuir pendant et après une collision.
À quel poids estime-t-on le logement de la batterie dans son intégralité ?
Le poids le plus bas possible pour ce logement de batterie est de 75 kg. Il correspond à un bloc batterie de 1742 × 1320 × 120 mm.
Existe-t-il d'autres concepts pour véhicules électriques ?
Contrairement à une voiture équipée d'un moteur à combustion interne, un véhicule électrique doit absorber de l'énergie par le bas de caisse. Pourquoi ? 1) Le poids de la batterie du véhicule électrique, 2) la plus grande rigidité du dessous de caisse des véhicules électriques, et 3) le besoin d'éliminer toute intrusion dans le bloc batterie du véhicule électrique..
L'aluminium extrudé n'est-il pas considéré comme moyen efficace d'absorber plus d'énergie ?
Si, mais pour un prix nettement plus élevé que les aciers AHSS. Nous voulions égaler les performances des traverses de bas de caisse en aluminium extrudé faites en alliage EN AW-6082 T6 avec une épaisseur de 4,5 mm pour les parois extérieure et 3 mm pour les nervures. SSAB a donc réalisé de très nombreuses simulations pour diverses conceptions de profil pour les traverses en 2D fabriquées en acier Docol CR 1700M. Mais, nous avons surtout adapté l'épaisseur de la paroi pour chaque profilé 1700M, pour que son poids soit identique à celui de la traverse de bas de caisse en aluminium 6082 T6.
Et qu'avez-vous trouvé ?
Nous avons découvert que c'est le profilé de traverse de bas de caisse qui présentait les meilleures performances : en cas de collision elles sont identiques à celles d'une traverse en aluminium. Et, pour que ce soit bien clair, le poids est le même pour les deux matières. Acier AHSS ou aluminium ?
Est-ce qu'il y a eu des essais sur prototypes de traverses de bas de caisse en Docol 1700M ?
Oui, nous avons testé le prototype initial. Cet essai a été concluant. Mais, nous devons effectuer plus d'essais sur les soudures nécessaires à la création du profilé. Il faut qu'elles soient suffisamment ductiles pour accepter une déformation sans se fissurer.
Quels autres projets pour véhicules électriques sont en préparation ?
Et bien, le meilleur moyen de protéger le bloc batterie des véhicules électriques contre les intrusions lors d'une collision latérale consiste à s'assurer que les traverses de plancher directement sous le plancher du compartiment des passagers ne se déforme pas. Les traverses doivent être solides et ne pas absorber d'énergie du tout — au lieu de cela, elles doivent transférer la force de la collision latérale d'un côté de la voiture à l'autre
Avez-vous essayé différents profilés AHSS pour les traverses ?
Oui, une fois encore avec l'acier Docol 1700M. Il y a une énorme différence de performance entre les différents modèles de traverse. Par exemple, même si tous les profils de traverse ont le même poids, ceux qui ont un rayon large affichent de meilleures performances.
Mais, les aciers AHSS n'ont-ils pas des limites d'élasticité très élevées ? Est-ce qu'on ne risque pas des flambages localisés sur ces traverses, du fait de leur large rayon et de la finesse de leurs parois ?
Si, mais l'une des méthodes pour limiter ces flambages consiste à « réduire » la largeur des segments de profilé au moyen d'une rainure. Les rainures forment davantage de rayons par lesquels les forces peuvent transiter. Les simulations montrent qu'en cas de collision, par rapport à un profilé de forme carrée, une traverse optimisée peut au moins doubler les performances de transfert de charge d'impact. Ce qui est critique pour cette application de traverse, c'est la charge maximale plutôt que l'absorption d'énergie. En cas de collision d'un véhicule électrique à batterie, la charge maximale des traverses ne doit pas être dépassée.
Quelle est la prochaine étape pour le concept EV ?
Nous voulons convaincre les équipementiers qu'il est vraiment dans leur intérêt de recourir à des aciers AHSS pour les pièces critiques des véhicules électriques sur batterie — tout en réalisant les mêmes économies de poids qu'avec l'aluminium ou une autre matière à forte émission de CO2 vendue bien plus cher. Clairement, en tirant parti des AHSS, les équipementiers peuvent faire des économies supplémentaires. Nous mettons à disposition des études de simulations avec les AHSS pour les collisions latérales, entre autres. Elles démontrent comment il est possible d'améliorer les performances des pièces critiques pour la sécurité et par exemple, de multiplier par deux la performance des longerons de plancher.
Et enfin, nous voulons montrer de nouvelles conceptions et des méthodes de production innovantes pour les aciers AHSS, comme le profilage 3D pour des logements de batterie de véhicules électriques qui permettent de gagner de la place. Les innovations comme le profilage 3D de l'acier AHSS pour fabriquer des maillages croisés fonctionnant sous compression ouvriront vraiment les possibilités d'optimiser les performances des charges axiales — aussi bien en latéral qu'en longitudinal.
Êtes-vous confronté à une difficulté de conception de véhicule électrique à batterie que vous aimeriez résoudre avec les aciers AHSS ? Il n'est jamais trop tôt pour nous contacter pour un prochain projet.