A Docol® EV Design Concept é uma plataforma virtual para a criação de novas soluções AHSS para veículos elétricos. Sua primeira tarefa: projetos inovadores de estruturas de carroceria (Body-In-White - BIW) para proteger as baterias de veículos elétricos contra colisões – especialmente em impactos laterais em postes.
O Docol EV Design Concept é a criação de Robert Ström. Ström é um veterano com experiência de 16 anos em engenharia automotiva e simulação de colisões, e já trabalhou na BMW antes de vir para a SSAB.
O que você quer dizer com o “Docol EV Design Concept?”
À medida que as baterias para os BEVs ficam maiores, para proporcionar um alcance maior, os engenheiros de design automotivo continuam a enfrentar um desafio central: como proteger as células da bateria durante um acidente. Ou seja, não pode haver nenhuma intrusão nas células –– mesmo nos exigentes testes de impacto lateral em poste (pole test). O EV Concept é uma “plataforma virtual” para promover ideias inovadoras e pesquisas básicas sobre soluções em AHSS para BEVs.
Dê-me um exemplo do Docol EV Concept.
Reunimos projetos e protótipos iniciais para um compartimento de bateria singular feito de AHSS, com uma estrutura de fundo feita com o aço martensítico Docol 1700, que é laminado em 3D para se transformar em vigas e depois soldado em um padrão de malha.
O que é a laminação em 3D?
Em uma máquina de laminação em 3D, os rolos podem se mover em todas as direções enquanto o aço é conformado. Usamos a laminação em 3D para criar uma viga que possui uma parte fixa e uma parte flexível. Em seguida, uma viga pode ser colocada perpendicularmente a um perfil semelhante – ou seja, virada de cabeça para baixo – sem dobrar sua altura na direção Z. Isso é fundamental para as montadoras de BEV: se os compartimentos das baterias forem altos, isso reduzirá o espaço no compartimento de passageiros ou criará um veículo mais alto e menos aerodinâmico.
Existem outras vantagens nesse design de suporte de carga da bateria?
A malha das vigas 3D mantém uma distância especificada entre o fundo do compartimento e sua bandeja de bateria, assegurando a proteção suficiente contra impactos vindos por debaixo do carro. E, como os “chanfros” passam ao longo do comprimento de cada viga, as trajetórias de carga nas direções X e Y são contínuos e, portanto, os mais fortes possíveis.
Nesta ilustração, as vigas azuis, abaixo do compartimento do passageiro, são a estrutura de “malha” inferior de um compartimento de bateria –– feita a partir do padrão cruzado de vigas laminadas em 3D feitas com o aço Docol 1700M (martensítico). Os perfis na direção X são os mesmos que na direção Y, mas virados de cabeça para baixo para reduzir, em um fator de dois, a altura da malha.
O compartimentos de bateria do Docol EV Concept após a simulação de um teste de impacto lateral em poste (pole test). O poste empurra a estrutura da soleira, na qual suas vigas feitas com o 1700M devem provar sua eficácia na absorção de energia.
Que outros designs tornam esse conceito de compartimento de bateria resistente a impactos?
Uma estrutura feita com o aço 1700M ao redor da bandeja da bateria oferece proteção contra impactos, além de uma estrutura estabilizadora. E a bandeja do compartimento da bateria é feita de aço, projetada para formar paredes laterais completamente verticais (90°) que otimizam o espaço para a bateria. A bandeja também evita que as células da bateria vazem para o ambiente durante e após uma colisão.
Qual é o peso estimado para todo o compartimento da bateria?
O menor peso possível para o compartimento da bateria é de 75 kg. Isso é para uma bateria de 1742 x 1320 x 120 mm.
Quais são os outros EV Concepts?
Ao contrário de um carro com um motor de combustão interna, um VE deve absorver mais energia através de sua soleira. Por quê? 1) O peso da bateria do VE, 2) a parte inferior da carroceria mais reforçada do VE e 3) o requisito de que nenhuma intrusão seja permitida na bateria do VE.
O uso de alumínio extrudado tem sido visto como uma maneira eficiente de absorver níveis mais altos de energia?
Sim, mas com um preço bastante alto em comparação ao AHSS. Tentamos igualar o desempenho das vigas para soleira feitas de alumínio extrudado fabricadas com o EN AW-6082 T6 com uma espessura de 4,5 mm para as paredes externas e 3 mm para suas vigas. Consequentemente, a SSAB executou inúmeras simulações de vários designs de perfis diferentes para vigas laminadas em 2D para soleiras feitas com o aço Docol CR 1700M. Mas o mais importante é que ajustamos a espessura da parede para cada perfil de 1700M, para que tivesse o mesmo peso que a viga para soleira feita de alumínio 6082 T6.
E o que você descobriu?
Descobrimos um perfil de viga para soleira com o melhor desempenho: seu desempenho em colisão é semelhante ao de uma viga de alumínio. E, mais uma vez, os pesos são idênticos para os dois materiais: AHSS vs. alumínio.
Já existe algum teste de protótipo das vigas para soleira feitas com o Docol 1700M?
Sim, este foi um teste inicial de protótipo. Os resultados foram bons. Mas precisamos realizar mais testes na soldagem usada para criar o perfil para descobrir se as soldas são dúcteis o suficiente para lidar com a deformação sem apresentar rachaduras.
Quais outros EV Concepts estão sendo desenvolvidos?
Bem, a maneira mais eficiente de proteger a bateria do VE contra intrusões durante uma colisão lateral é assegurar que as travessas localizadas diretamente abaixo do piso do compartimento do passageiro não se deformem. As travessas devem ser fortes e não absorverem nenhuma energia –– em vez disso, elas devem transferir a força da colisão lateral de um lado do carro para o lado oposto
Dito isso, você testou outros perfis diferentes feitos com o AHSS para travessas?
Sim, usando novamente o Docol 1700M. Há uma enorme diferença de desempenho entre os diferentes designs de perfil. Por exemplo, enquanto mantém todos os perfis de viga com o mesmo peso, as vigas de grande raio apresentam melhor desempenho.
Mas os aços AHSS não têm limite de escoamento muito alto? Portanto, a deformação local não seria uma preocupação para essas vigas, com seus grandes raios e paredes finas?
Sim, mas uma maneira de restringir a deformação local é tornar “menos largos” os segmentos largos de um perfil por meio de um chanfro. Os chanfros fornecem mais raios através dos quais as forças podem passar. Os resultados da simulação mostram que uma travessa otimizada pode mais que dobrar o desempenho da transferência de carga em uma colisão em relação a um perfil quadrado. E o que é crítico nesta aplicação de travessa é o pico de carga, e não a absorção de energia. No caso da colisão de um BEV, esse pico de carga não deve ser excedido.
Qual o próximo passo do EV Concept?
Queremos apelar para os próprios interesses das montadoras, motivando-as a usar os aços AHSS para componentes críticos em veículos elétricos a bateria – enquanto obtemos a mesma economia de peso que o alumínio, mais caro, ou outros materiais com grande emissão de CO2. Também queremos que as montadoras atinjam níveis mais altos de utilização do material AHSS para que possam obter mais economias. Forneceremos aos engenheiros de automóveis simulações de AHSS, tais como as simulações de colisões laterais, que mostram como aumentar, por um fator de dois, o desempenho de componentes críticos de segurança e das travessas dos pisos.
E, finalmente, queremos demonstrar designs e métodos de produção novos e inovadores para os aços AHSS, como a laminação em 3D para compartimentos de bateria de VEs com maior eficiência de espaço. Inovações como o AHSS para laminação em 3D para fabricar malhas cruzadas que funcionam sob compressão realmente ampliarão a maneira de pensar dos engenheiros em relação a obter um desempenho maximizado da carga axial, tanto lateral quanto longitudinal.
Você tem um desafio de design de BEV que gostaria de solucionar com a utilização de aços AHSS? Nunca é cedo demais para nos contatar para o seu próximo projeto.