Nya karossalternativ för tyngre elbilsbatterier: HR1500 martensitiskt i 2 till 4 mm tjocklek

I takt med att elbilsbatterierna växer – både när det gäller räckvidd och vikt – söker bilkonstruktörerna efter starkare material för både batterihöljet och karossens relaterade säkerhetssystem. Då kallvalsat martensitiskt stål är begränsat till 2,1 mm tjocklek så kan varmvalsat 1500 MPa martensitiskt stål – nu tillgängligt i 2 till 4 mm tjocklek – och konventionell rullformning uppfylla de krav som tyngre elbilar ställer.

Elbilens räckvidd dominerar köpbeslutet

För de flesta elbilskunder är räckvidden den viktigaste faktorn. Punkt slut. Därför måste elbilskonstruktörer räkna med att batterivikten kommer att öka fram till dess att ny, lättare batteriteknik ser dagens ljus. Ökad batteri- och fordonsvikt medför nya utmaningar för krockskyddet – både för batteripaketet och för passagerarna.

Den maximala tjockleken på 2,1 mm för kallvalsat martensitiskt stål innebär att konstruktörerna måste överväga andra alternativ i jakten på det optimala materialet för dessa tyngre batterier. 

Svaret på tyngre elbilsbatterier: HR1500M i 2 till 4 mm tjocklek

Med detta i åtanke har SSAB ägnat många år åt att utveckla sitt varmvalsade martensitiska Docol®-stål med en brottgräns på 1500 MPa.

”För fordonskonstruktörer som behöver starkare batterihöljen och karosslösningar – på grund av tyngre elbilsbatterier – finns nu en enkel lösning”, säger Robert Ström, specialist inom fordonskonstruktion, SSAB Knowledge Service Center. ”Att Docol® HR1500 martensitiskt stål också möjliggör lägre vikt och effektivare produktion – utan behov av presshärdning – är andra viktiga fördelar. Men huvudfokus ligger här på att hantera kollisionskrafter med en kombination av effektiv utformning och mycket starka material.”

Robert Ström, specialist inom fordonskonstruktion, SSAB Knowledge Service Center

Robert Ström, specialist inom fordonskonstruktion, SSAB Knowledge Service Center.

Skapa de mest effektiva formerna för kollisionskrafter

Traditionellt sett har många produktionsingenjörer varit tveksamma till kallformade gigapascalstål (> 1000 MPa). Men många lockas nu av de höga prestanda som rullformade delar av martensitiskt stål erbjuder. Rullformning är ett mycket effektivt sätt att forma profiler som kan användas i både batterihöljen och fordonsförstärkningar. 

”Krockkrafter är normalt sett inte komplicerade: de vill ta kortaste vägen från punkt A till B, konstaterar Robert. ”Så de mest effektiva förstärkningarna har en relativt enkel utformning. SSABs studier visar att de mest effektiva formerna för flera krocktester är slutna profiler som faktiskt kräver rullformning.”

”Men”, fortsätter Robert, ”det är viktigt att anpassa konstruktionen till rullformning redan från början. Och genom att utgå från vårt designkoncept för elbil kan konstruktörerna hitta nya sätt att utforma exceptionellt starka batteri- och passagerarskydd för tunga elbilar.”

Docol® designkoncept för elbil

Docol® designkoncept för elbil tillämpat på ett batterihölje. Bilens tröskelbalk (röd) absorberar stöten från stolpen – vilket skyddar battericellerna – medan krockkraften fortplantas genom golvets (röda) tvärbalkar. Både tröskel och tvärbalk är rullformade i Docol® martensitiskt stål.

Utmärkt mekanisk ”skärbarhet”

Trots en brottgräns på 1500 MPa har Docol® HR1500 martensitiskt stål utmärkt mekanisk ”skärbarhet” när SSABs rekommenderade skärparametrar följs.

Ytform på skurna kanter

Analys av den mekaniskt skurna kantens ytform på en 3,5 mm tjock plåt av martensitiskt Docol® HR1500. Observera hur jämnt, enhetligt och sprickfritt snittet är.

”Utöver rullformning kan HR1500 martensitiskt även kallpressas”, säger Robert. Japanska biltillverkare och deras underleverantörer kallpressar nu vissa karossdelar av 1,5 GPa-stål. Företag i andra delar av världen gör försök med kallpressning av sidokrockbalkar och stötfångarförstärkningar med 1500 och 1700 MPa-stål. Vi förväntar oss att företag snart kommer att använda både rullformning och kallpressning av martensitiskt Docol® HR1500 i tjocklekar på 2 till 4 mm.”

Uppdateringar om Docol® designkoncept för elbil

”Vårt Docol® designkoncept för elbil väcker stort intresse hos elbilstillverkare och deras underleverantörer av alla storlekar”, säger Robert Ström. ”Elbilskonceptet innehåller idéer för batterihöljen, tröskellådor och tvärbalkar. Det är syftet med konceptet: att tillhandahålla konstruktionsidéer, inte kompletta konstruktioner för färdiga komponenter.”

”Elbilskonceptets designteori har faktiskt använts i stor utsträckning och resultaten är mycket positiva. Kunderna anpassar våra grundläggande idéer till sina specifika behov – precis som vi tänkt oss. Kunderna använder olika delar av elbilskonceptet för tröskelkonstruktionen, golvets tvärbalkar eller delar i själva batteripaketet för att skydda battericellerna.”

”Det mesta av stålet i elbilskonceptet är fortfarande kallvalsat”, förklarar Robert. ”Men med varmvalsat Docol® 1500M har vi kunnat tillämpa elbilskonceptets idéer på ännu tyngre elbilar.”

”Bilkonstruktörer kommer till oss med en mängd olika designfilosofier för att skydda battericellerna. Elbilskonceptets idéer kan anpassas till dessa olika tillvägagångssätt.”

”Vi har alltid konceptet i åtanke när vi tar oss an utmaningarna med tyngre elbilsbatterier”, säger Robert. ”Genom att arbeta tidigt med elbilstillverkaren har vi möjlighet att utveckla bästa möjliga design – särskilt nu, med de nya möjligheter som 2 till 4 mm tjockt martensitiskt Docol® HR1500 erbjuder.”

Elbilskoncept

En annan vy av elbilskonceptet efter sidokollision. Batterihöljets fulla potential uppnås med hjälp av ett 3D-rullformat ”nätmönster” (visas inte) för utrymmeseffektivt batteriskydd.

3D-rullformning av martensitstål: vem blir först?

En del av elbilskonceptet är fortfarande teori: 3D-rullformning av martensitstål för batterihöljesprofiler som är hälften så höga som andra konstruktioner.

”Såvitt vi vet är det ingen biltillverkare som använder 3D-rullformning i serietillverkning”, konstaterar Robert Ström. ”Det är som med hönan och ägget: Ingen har ännu gjort det, så biltillverkarna är tveksamma till att vara först.”

”Idén med elbilskonceptets batterihölje är ett nät av korslagda, 3D-rullformade balkar som minskar nätets höjd med hälften. Konceptet är färdigt. Likaså tekniken. Vi tror att det bara är en tidsfråga tills en elbilstillverkare eller leverantör av batterihöljen realiserar konceptet.”

Är du intresserad av ett provstycke varmvalsat Docol® 1500 MPa martensitstål? Kontakta oss angående prover, förslag på designkoncept för elbilar, frågor om formning eller annan teknisk kundservice. Ditt nya tunga elbilsbatteri kommer att uppskatta det. 

 

Relaterat innehåll