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Novas opções em estruturas de carrocerias (body-in-white – BIW) para baterias mais pesadas de veículos elétricos: HR1500 martensítico em espessuras de 2 a 4 mm

Conforme as baterias de veículos elétricos continuam a crescer – tanto em alcance quanto em peso – os designers de automóveis estão procurando materiais mais resistentes para os compartimentos de bateria e sistemas de segurança relacionados à estrutura da carroceria (body-in-white – BIW). Como o aço martensítico laminado a frio é limitado a 2,1 mm de espessura, o martensítico laminado a quente de 1500 MPa – agora disponível em espessuras de 2 a 4 mm – e a laminação convencional estão prontos para atender às necessidades desses veículos elétricos mais pesados.

A faixa de distância que o EV é capaz de percorrer domina a tomada de decisão do comprador

Para a maioria dos compradores de veículos elétricos, a distância é a consideração principal. Definitivamente. Consequentemente, até que uma nova tecnologia de bateria leve esteja disponível, os designers de veículos elétricos enfrentam o desafio de acomodar baterias com um peso cada vez maior. O aumento do peso da bateria e do veículo apresenta novos desafios para a proteção contra colisão – tanto para a bateria quanto para os ocupantes do veículo.

À medida que os designers de automóveis executam seus ciclos de otimização de material para essas baterias de EV mais pesadas, a espessura máxima de 2,1 mm para o aço martensítico laminado a frio está fazendo com que considerem novas alternativas. 

Antecipando baterias de veículos elétricos mais pesadas: HR1500M em espessuras de 2 a 4 mm

Antecipando essa situação, a SSAB passou anos desenvolvendo seu aço martensítico Docol® com resistência à tração de 1500 MPa laminado a quente.

"Os desiners automotivos que precisam de compartimentos de bateria mais fortes e sistemas de segurança para estruturas de carrocerias, devido às baterias de veículos elétricos mais pesadas, agora podem facilmente contar com eles", diz Robert Ström, especialista em design automotivo do Knowledge Service Center da SSAB. "O aço martensítico Docol® HR1500 também permite a redução de peso e a eficiência total dos custos de produção – ou seja, sem estampagem a quente – os quais são ótimos benefícios secundários. Mas o foco principal aqui é gerenciar as forças de colisão com uma combinação de designs eficazes e materiais muito resistentes."

Robert Ström, Especialista em design automotivo, Knowledge Service Center da SSAB

Robert Ström, Especialista em design automotivo, Knowledge Service Center da SSAB. 

Criação dos formatos mais eficientes para cargas de colisão

Tradicionalmente, muitos engenheiros de produção hesitaram em conformar a frio aços gigapascal (1000+ MPa). Mas muitos estão agora considerando o alto desempenho das peças laminadas feitas em aços martensíticos. A laminação é um meio altamente eficaz para moldar perfis, que podem ser usados tanto em compartimentos de bateria quanto em reforços de veículos. 

"As forças de colisão, por natureza, geralmente não são complicadas: elas querem ir pelo caminho mais curto do ponto A ao B", observa Ström. "Então, os reforços mais eficazes são relativamente simples. Os estudos da SSAB mostram que os formatos mais eficientes para vários casos de carga são perfis fechados que realmente exigem laminação."

"Mas", continua Ström, "é importante realizar o design com a laminação em mente desde o início. E, quando usado desde o início do design do carro, nosso EV Design Concept pode inspirar de novas maneiras os designers de EV, para que forneçam uma bateria excepcionalmente forte e proteção aos ocupantes para EVs pesados."
O Docol® EV Design Concept

O Docol® EV Design Concept aplicado a um compartimento de bateria de EV. A viga da soleira do carro (em vermelho) absorve o impacto lateral em poste, protegendo as células da bateria enquanto o caminho da carga de colisão percorre as travessas do piso (vermelhas). Tanto a soleira quanto a travessa são laminadas com o aço martensítico Docol®.

Excelente capacidade mecânica de corte

Apesar de uma resistência à tração de 1500 MPa, o aço martensítico Docol® HR1500 tem excelente capacidade mecânica de corte, quando são adotados os parâmetros de corte recomendados pela SSAB.

Forma da superfície das bordas cortadas

Análise do formato da superfície das bordas mecanicamente cortadas de uma chapa de 3,5 mm de espessura do aço martensítico Docol® HR1500. Observe como o corte é liso, uniforme e sem trincas.

"Além da laminação, o HR1500 martensítico também pode ser estampado a frio", diz Ström. As montadoras japonesas de automóveis e seus Tiers 1s estão estampando a frio algumas peças de estruturas de carrocerias feitas de aços de 1,5 GPa. Empresas em outras partes do mundo estão realizando testes de estampagem a frio para vigas de impacto lateral e reforços de para-choques de 1500 MPa e 1700 MPa. Prevemos que as empresas em breve estarão realizando a laminação e a estampagem a frio com o Docol® HR1500 martensítico em espessuras de 2 a 4 mm."

Qual o futuro do Docol® EV Design Concept

“Nosso Docol® EV Design Concept gera muito interesse de montadoras de veículos elétricos e fornecedores de Tier 1 de todos os tamanhos”, diz Ström “O EV Concept inclui ideias para compartimentos de bateria, vigas de soleira e travessas. O Concept é exatamente isso: uma teoria de design, não designs completos para componentes prontos para fabricação."

"A teoria do EV Design Concept tem sido amplamente utilizada e os resultados são muito positivos. Os clientes estão adaptando nossas ideias fundamentais às suas necessidades específicas – exatamente como queríamos. Os clientes estão usando diferentes partes do EV Concept para a estrutura do balancim, as travessas do piso ou os membros na própria bateria para proteger as suas células."

"A maior parte do aço no conceito EV ainda é laminado a frio", explica Ström. "Mas o Docol® 1500M laminado a quente nos permitiu aplicar as teorias do conceito EV em BEVs ainda mais pesados."

"Os designers de automóveis vêm até nós com um conjunto altamente diversificado de filosofias de design para proteger as células da bateria. As ideias do EV Concept são adaptáveis a essas diferentes abordagens."

"Sempre mantemos o Concept em mente à medida que aumentam os desafios de baterias de veículos elétricos mais pesadas", diz Ström. "Trabalhando, desde o início, com o OEM de veículos elétricos, temos uma oportunidade real de desenvolver o melhor design possível – especialmente agora, com as novas oportunidades oferecidas pelo aço martensítico Docol® HR1500 com 2 a 4 mm de espessura."
Conceito de EV (veículo elétrico)

Outra vista, após o impacto lateral em poste, do EV Concept em ação. Todo o potencial do EV Concept para compartimentos de bateria usa um "padrão de malha" laminado em 3D (não mostrado) para proteção eficiente da bateria em termos de espaço.

Martensita para laminação 3D: quem será o primeiro?

Uma parte do EV Concept continua a ser potencial puro: A laminação 3D do aço martensítico para perfis de compartimento de bateria que são metade da altura de outros designs.

"Até onde sabemos, nenhum fabricante de automóveis está usando a tecnologia de laminação 3D para produção em série", observa Ström. "É aquele problema da ‘galinha e do ovo’: ninguém ainda fez isso, então as montadoras estão relutantes em ser as primeiras."

"A ideia do compartimento de bateria do EV Concept apresenta uma malha de padrão cruzado de vigas laminadas em 3D, que reduzem a altura da malha em um fator de dois. O Concept está lá. A tecnologia está lá. Achamos que é apenas uma questão de tempo até que uma montadora de veículos elétricos, ou fornecedor Tier 1 de compartimentos de bateria, o faça."

Interessado em obter uma amostra de teste da martensita Docol® laminada a quente de 1500 MPa? Entre em contato conosco para obter amostras, sugestões de conceito de design de EVs, dúvidas sobre conformação ou quaisquer outras questões de suporte técnico. Sua nova bateria pesada para veículos elétricos agradecerá. 

 

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