Koncepcja Projektowa Docol® EV to wirtualna platforma do tworzenia nowych rozwiązań AHSS dla samochodów elektrycznych (EV). Pierwsze zadanie platformy: innowacyjne projekty związane z konstrukcją nadwozia (Body-in-White) mające na celu ochronę pakietów baterii EV przed zgniotem — zwłaszcza od uderzeń bocznych.
Koncepcja Projektowa Docol EV to pomysł Roberta Ströma. Ström od 16 lat jest weteranem inżynierii motoryzacyjnej oraz symulacji zderzeń, pracującym w BMW zanim dołączył do drużyny SSAB.
Co masz na myśli mówiąc „Koncepcja Projektowa Docol EV?”
Jako że pakiety baterii do pojazdów elektrycznych BEV stają się coraz większe, dla większego zasięgu, głównym wyzwaniem dla inżynierów projektantów motoryzacyjnych pozostaje: jak chronić ogniwa baterii w trakcie zderzenia. Chodzi o to, żeby nie było jakichkolwiek zgniotów ogniw — nawet w przypadku bardzo wymagającego testu uderzenia bocznego. Koncepcja EV to „wirtualna platforma” wspierająca innowacyjne pomysły i podstawowe badania rozwiązań AHSS dotyczące pojazdów BEV.
Podaj przykład Koncepcji Docol EV.
Zebraliśmy projekty i początkowe prototypy, aby uzyskać jedyną w swoim rodzaju obudowę baterii ze stali AHSS o konstrukcji dna wykonanej zDocol 1700 Martenzytycznej, która jest walcowana w 3D do postaci belek, następnie spawana na wzór siatki.
Co to jest walcowanie 3D?
W maszynie walcującej w 3D, w procesie formowania stali rolki mogą przesuwać się we wszystkich kierunkach. Zastosowaliśmy walcowanie 3D, by utworzyć belkę, która jest z jednej strony utwierdzona, a z drugiej elastyczna. Następnie jedną belkę można umieścić prostopadle do drugiego podobnego profilu — który jest odwrócony dołem do góry — bez podwajania wysokości w kierunku Z. Kluczowe dla producentów OEM pojazdów BEV: jeśli obudowy baterii są wysokie, co albo zmniejsza przestrzeń w przedziale pasażerskim albo tworzy wyższy, mniej opływowy kształt.
Czy są jakieś inne zalety, jeśli chodzi o konstrukcję nośną baterii?
Siatka belek 3D zachowuje określony odstęp pomiędzy dolną płytą obudowy a podstawą baterii, zapewniając ochronę przed uderzeniami od spodu samochodu. Ponieważ „rowki“ są ustalone wzdłuż całej długości każdej belki, ścieżki obciążenia w kierunkach X oraz Y nie są poprzerywane i dlatego możliwie najbardziej wytrzymałe.
Niebieskie belki poniżej przedziału pasażerskiego widoczne na tym rysunku znajdują się u dołu konstrukcji „siatki” obudowy baterii — wykonane z ułożonych krzyżowo belek walcowanych w 3D ze stali Docol 1700M (Martenzytycznej). Profile w kierunku X są takie same jak w kierunku Y, ale odwrócone dołem do góry, aby dwukrotnie zmniejszyć wysokość siatki.
Obudowa baterii Koncepcji Docol EV po symulacji testu uderzenia bocznego. Słup wsuwa się w strukturę progu, gdzie belki ze stali 1700M muszą wykazać się swoją efektywnością pochłaniania energii.
Jakie inne projekty sprawiają, że ta koncepcja obudowy baterii jest odporna na uderzenia?
Rama wykonana ze stali 1700M okala podstawę baterii, zapewniając ochronę przed uderzeniem, jak również stabilizując konstrukcję. Podstawa obudowy baterii została wykonana ze stali, uformowanej tak, by utworzyły się całkowicie pionowe (90°) ścianki boczne, co optymalizuje wykorzystanie miejsca na pakiet baterii. Podstawa obudowy dodatkowo chroni ogniwa baterii przed przeciekaniem do otoczenia w momencie uderzenia w czasie wypadku.
Jaki jest szacunkowy ciężar całej obudowy baterii?
Najmniejszy możliwy ciężar dla obudowy baterii wynosi 75 kg. Dotyczy to pakietu baterii o wymiarach 1742 x 1320 x 120 mm.
Jakie są inne koncepcje EV?
W przeciwieństwie do samochodu z silnikiem spalinowym, pojazd EV musi pochłaniać więcej energii poprzez profil progowy samochodu. Dlaczego? Ze względu na 1) ciężar baterii pojazdu EV, 2) sztywniejsze podwozie pojazdu EV i 3) wymóg, aby w razie wypadku żaden zgniot nie był możliwy w strefie pakietu baterii pojazdu EV.
Czy wytłaczanie aluminium postrzegane jest jako skuteczny sposób pochłaniania wyższych poziomów energii?
Tak, jednak przy wysokiej cenie premium w porównaniu do stali AHSS. Staraliśmy się dopasować efektywność aluminiowych nadproży wykonanych z EN AW-6082 T6 o grubości 4,5 mm dla ścianek zewnętrznych i 3 mm dla ożebrowania. Odpowiednio, firma SSAB przeprowadziła bardzo dużo symulacji dla wielu różnych konstrukcji profili z walcowanymi w 2D nadprożami wykonanymi ze stali Docol CR 1700M. Co ważne: dostosowaliśmy grubość ścianek dla każdego profilu ze stali 1700M tak, by ważył tyle samo, co aluminiowe nadproże 6082 T6.
I czego się dowiedzieliście?
Uzyskaliśmy profil nadproża, który działa najlepiej: jego odporność zderzeniowa jest podobna do tej dla belki aluminiowej. Powtórzmy, ciężar jest taki sam dla obydwu materiałów: AHSS vs. aluminium.
Odbyły się już jakieś testy prototypowych nadproży Docol 1700M?
Tak, wstępne testy prototypów takich nadproży. Wypadły całkiem dobrze. Jednak potrzebujemy przeprowadzić więcej testów spawania zastosowanego do stworzenia profilu, w celu stwierdzenia, czy spoiny są wystarczająco plastyczne, aby poradzić sobie z deformacją bez pękania.
Jakie inne Koncepcje EV są w opracowaniu?
Cóż, najwydajniejszym sposobem zabezpieczenia pakietu ogniw pojazdu EV przed zgniotem podczas zderzenia bocznego jest upewnienie się, że poprzecznice znajdujące się bezpośrednio pod podłogą przedziału pasażerskiego nie ulegają odkształceniu. Poprzecznice muszą być mocne i nie mogą w ogóle pochłaniać energii — zamiast tego powinny przenosić siłę uderzenia bocznego z jednej strony samochodu na drugą
Więc eksperymentowaliście z innymi profilami AHSS na poprzecznice?
Tak, jeszcze raz używając stal Docol 1700M. Istnieje olbrzymia różnica w charakterystykach pomiędzy różnymi konstrukcjami profili. Na przykład, przy zachowaniu tego samego ciężaru dla wszystkich profili belek, najlepiej spisują się belki o dużym promieniu.
Jednak czy stale AHSS nie mają zbyt wysokich wartości punktu plastyczności? A więc, czy lokalne wyboczenie nie byłoby czasem problemem dla tych belek o szerokim promieniu i cienkich ściankach?
Tak, ale jednym ze sposobów na ograniczenie lokalnego wyboczenia jest wykonanie szerokich segmentów profilu jako „mniej szerokich” przy zastosowaniu rowka. Rowki dają większe promienie, poprzez które mogą się rozkładać działające siły. Wyniki symulacji pokazują, że zoptymalizowana poprzecznica może więcej, niż tylko podwoić wydajność przenoszenia obciążenia zderzeniowego w stosunku do profilu w kształcie kwadratu. Istotne znaczenie dla takiego zastosowania poprzecznicy ma obciążenie szczytowe, a nie poziom absorpcji energii. W razie zderzenia pojazdu BEV, to obciążenie szczytowe poprzecznic nie może zostać przekroczone.
Co dalej z koncepcją pojazdu EV?
Chcemy zainteresować producentów OEM, motywując ich do używania stali AHSS do konstruowaniu elementów o znaczeniu krytycznym w akumulatorowych pojazdach elektrycznych — przy jednoczesnym osiągnięciu takich samych oszczędności masy, jak dla droższego aluminium, czy innych materiałów intensywnie emitujących CO2. Chcemy również, by producenci OEM osiągali wyższe poziomy wykorzystania materiału AHSS, tak by mogli uzyskać dodatkowe oszczędności. Udostępniamy konstruktorom samochodów symulacje AHSS, takie jak symulacje zderzeń bocznych, które pokazują w jaki sposób można poprawić wydajność krytycznych elementów bezpieczeństwa i jak podwoić efektywność działania poprzecznic podłogi.
A na koniec chcemy pokazać nowe innowacyjne projekty oraz przedstawić metody produkcji stali AHSS, na przykład walcowanie 3D dla bardziej wydajnych przestrzennie obudów baterii EV. Innowacje, takie jak walcowanie 3D stali AHSS w celu wytworzenia siatek poprzecznych, które pracują pod naciskiem, naprawdę otworzą umysły projektantów i ukierunkują ich myślenie na uzyskanie zmaksymalizowanej wydajności obciążenia osiowego — zarówno wzdłużnego jak i poprzecznego.
Czy napotkałeś na wyzwanie projektowe BEV, które chciałbyś rozwiązać z wykorzystaniem stali AHSS? Nigdy nie jest zbyt wcześnie, by się z nami skontaktować i omówić swój następny projekt.