Docol® EV Design Concept è una piattaforma virtuale per la creazione di nuove soluzioni AHSS per i veicoli elettrici. Il suo primo compito: l'innovativo design della scocca nuda per proteggere i pacchi batterie dei veicoli elettrici da intrusioni da collisione, soprattutto da impatti laterali contro il palo.
Il Docol EV Design Concept è un'idea di Robert Ström. Ström è da 16 anni un veterano dell'ingegneria automobilistica e della simulazione di impatto, avendo lavorato in BMW prima di approdare a SSAB.
Cosa si intende per "Docol EV Design Concept"?
Man mano che i pacchi batteria per i BEV aumentano di dimensioni ai fini di una maggiore autonomia, i progettisti automobilistici sono chiamati ad affrontare una sfida centrale: proteggere le celle della batteria durante un impatto. In altre parole, non ci può essere alcuna intrusione nelle celle, anche per l'ostico test di impatto laterale contro un palo. L'EV Concept è una "piattaforma virtuale" per promuovere idee innovative e la ricerca di base sulle soluzioni AHSS per i BEV.
Mi faccia un esempio di Docol EV Concept.
Abbiamo realizzato progetti e prototipi iniziali per un alloggiamento della batteria in AHSS unico nel suo genere, con una struttura inferiore realizzata in Docol 1700 martensitico mediante profilatura 3D di travi poi saldate secondo uno schema a griglia.
Cos'è la profilatura 3D?
Durante il processo di profilatura 3D, i rulli possono muoversi in tutte le direzioni. La profilatura 3D crea una trave con una parte fissa e una parte flessibile. Una trave può poi essere posizionata perpendicolarmente a un profilo simile — che viene capovolto — senza raddoppiare la sua altezza in direzione Z. Questa è la chiave per gli OEM BEV: se gli alloggiamenti delle batterie sono alti, ciò riduce lo spazio nell'abitacolo o crea un veicolo più alto e meno aerodinamico.
Vi sono altri vantaggi in questa struttura che sostiene il carico delle batterie?
La griglia delle travi 3D mantiene una distanza specifica tra la piastra di fondo dell'alloggiamento e il vano batteria, garantendo una protezione contro gli urti provenienti da sotto l'auto. Poiché le scanalature corrono longitudinalmente a ciascuna trave, i percorsi di carico in direzione X e Y sono ininterrotti e quindi il più resistenti possibile.
Le travi blu sotto l'abitacolo in questa illustrazione sono la struttura a "griglia" inferiore di un alloggiamento per batterie, realizzata con il modello a travi 3D profilate in Docol 1700M (martensitico). I profili nella direzione X sono gli stessi della direzione Y, ma capovolti per ridurre del doppio l'altezza della griglia.
L'alloggiamento della batteria Docol EV Concept dopo la simulazione di un test d'impatto laterale contro il palo. Il palo spinge nella struttura del sottoporta dove le sue travi 1700M devono dimostrare la loro efficacia di assorbimento dell'energia d'impatto.
Quali altre strutture conferiscono la resistenza agli urti di questo alloggiamento per batterie?
Un telaio in 1700M perimetrale intorno al vano batteria fornisce una protezione contro gli urti e una struttura stabilizzante. Inoltre, il vano batteria è realizzato in acciaio, trafilato in modo da formare pareti laterali completamente verticali (90°), che ottimizzano lo spazio per il pacco batterie. Il vano impedisce inoltre che le celle della batteria si disperdano nell'ambiente durante e dopo un impatto.
Qual è il peso stimato per l'intero alloggiamento della batteria?
Il peso più basso possibile per l'alloggiamento della batteria è di 75 kg. Questo vale per una batteria di 1742 x 1320 x 120 mm.
Quali sono altri concetti relativi agli EV?
A differenza di un'auto con motore a combustione interna, un EV deve assorbire più energia attraverso il sottoporta. Perché? 1) Il peso della batteria del veicolo elettrico, 2) il sottoscocca più rigido del veicolo elettrico, e 3) il requisito che non sia consentita alcuna intrusione nel pacco batterie del veicolo elettrico.
L'alluminio estruso non è visto come un modo efficiente per assorbire livelli più elevati di energia da impatto?
Sì, ma a un prezzo molto più alto rispetto all'AHSS. Abbiamo cercato di eguagliare le prestazioni dei sottoporta in alluminio estruso in EN AW-6082 T6 con uno spessore di 4,5 mm per le pareti esterne e di 3 mm per le sue nervature. Di conseguenza, SSAB ha eseguito moltissime simulazioni per numerose diverse configurazioni di sottoporta profilati 2D in acciaio Docol CR 1700M. Ma, cosa importante, abbiamo regolato lo spessore della parete per ogni profilo 1700M in modo che abbia lo stesso peso del sottoporta in alluminio 6082 T6.
E cosa avete scoperto?
Abbiamo scoperto che il profilo del sottoporta presenta le migliori prestazioni: le sue prestazioni in caso di incidente sono simili a quelle di una trave in alluminio. E, ripeto, i pesi sono gli stessi per entrambi i materiali: AHSS vs. alluminio.
Qualche test prototipale dei sottoporta in Docol 1700M?
Sì, c'è stato un test iniziale del prototipo. È andato bene. Ma dobbiamo eseguire altri test sulla saldatura utilizzata per creare il profilo per scoprire se le saldature sono abbastanza duttili da sopportare la deformazione senza riportare crepe.
A quali altri concetti EV state lavorando?
Il modo più efficiente per proteggere il pacco batterie del veicolo elettrico da intrusioni in caso di impatto laterale è quello di garantire che le traverse direttamente sotto il pavimento dell'abitacolo non si deformino. Le traverse devono essere resistenti e non devono assorbire alcuna energia, bensì trasferire la forza d'urto laterale da un lato della vettura al lato opposto.
Avete quindi sperimentato diversi profili AHSS per le traverse?
Sì, sempre utilizzando il Docol 1700M. C'è un'enorme differenza di prestazioni tra le diverse configurazioni dei profili. Ad esempio, mantenendo tutti i profili delle travi allo stesso peso, le travi a grande raggio vantano le migliori prestazioni.
Ma gli acciai AHSS non presentano punti di snervamento molto elevati? Quindi, l'instabilità locale non sarebbe problematica per queste travi, con il loro ampio raggio e le pareti sottili?
Sì, ma per limitare l'instabilità locale si riducono le dimensioni dei segmenti larghi di un profilo per mezzo di una scanalatura. Le scanalature forniscono più raggi attraverso i quali le forze possono transitare. I risultati della simulazione dimostrano che sul profilo a forma quadrata una traversa ottimizzata può più che raddoppiare le prestazioni di trasferimento del carico d'urto. L'elemento critico per questa applicazione della traversa è il carico di picco, non l'assorbimento di energia. In caso di collisione di un BEV, il carico di punta delle traverse non deve essere superato.
Quali sono le prossime applicazioni per l'EV Concept?
Vogliamo fare appello all'interesse personale degli OEM, motivandoli a utilizzare acciai AHSS per i componenti critici dei veicoli elettrici a batteria, ottenendo al contempo lo stesso risparmio di peso dell'alluminio o di altri materiali a elevato contenuto di CO2. Vogliamo anche che gli OEM raggiungano livelli più elevati di utilizzo di materiale AHSS in modo da poter realizzare ulteriori risparmi. Forniremo ai progettisti di automobili delle simulazioni AHSS, come le simulazioni di urto laterale, che mostrano come migliorare le prestazioni dei componenti critici per la sicurezza e come raddoppiare le prestazioni delle traverse a pavimento.
Infine vogliamo fornire una dimostrazione dei nuovi progetti e metodi di produzione innovativi per gli acciai AHSS, come ad esempio la profilatura 3D, che consente di ottenere alloggiamenti delle batterie per veicoli elettrici più efficienti in termini di spazio. Le innovazioni come la profilatura 3D AHSS per fabbricare griglie trasversali che lavorano in compressione riveleranno il modo in cui i progettisti pensano di ottenere il massimo delle prestazioni di carico assiale, sia laterale sia longitudinale.
State affrontando una sfida di progettazione BEV che vorreste risolvere utilizzando acciai AHSS? Non è mai troppo presto per contattarci per il vostro prossimo progetto