Електронна мобільність Легка конструкція - це більше, ніж просто акумулятор

Електромобілі також будуть легшими в майбутньому
Дієта від акумулятора

Тобіас Мейєр
Репортер-фрілансер поблизу Нюрнберга

Кілька років тому полегшена конструкція все ще розглядалася як важлива опора в автомобільній промисловості майбутнього - тоді електронна мобільність потрапила як бомба: транспортні засоби, що розглядаються як зелений наконечник спису, люблять нести півтонни акумуляторів під землею. Здається, ніби кілограми, раніше копітко заощаджені в двигуні внутрішнього згоряння, зараз абсолютно не мають значення. Експеримент Фердинанда Дуденхьоффера - на той час професора Університету Дуйсбург-Ессен -, який отримав велику увагу ЗМІ у 2017 році, показав, що споживання сильно завантажених електронних автомобілів майже не збільшується в порівнянні з порожніми поїздками. Основною причиною тут є рекуперація енергії (рекуперація) при гальмуванні, завдяки чому вага генератора також виробляє більше електроенергії і, таким чином, значною мірою компенсує корисне навантаження.

Крістоф Вагенер з постачальника конструкційних деталей Kirchhoff Automotive пояснює, що це не означає, що вся концепція полегшеної конструкції відразу застаріла, але результати Дуденхьоффера по суті правильні: “Заощаджуючи 100 кг ваги, на відстані 100 км в акумуляторі залишиться лише 0,46 кВт-год. Оздоровлення ще не включено. У випадку з дизелем та бензином на 100 кг менше можна заощадити лише близько 0,12 - 0,16 л. "Однак, оскільки таке величезне зниження ваги дуже складне, Вагенер також бачить цілі майбутньої полегшеної конструкції кузова в електромобілях більш імовірними у збереженні ресурсів за рахунок використання меншої кількості матеріалу, що, в свою чергу, означає, що інші компоненти, такі як осі, можуть бути більш стрункими. Більша маса транспортного засобу також є невигідною у разі аварії, оскільки більше енергії потрібно розсіювати. "Тому в майбутньому основна увага буде зосереджена на економічно ефективній, цілісній та системній легкій конструкції", - прогнозує Вагенер.

Безпека до досягнення

Особливо у випадку аварії з електричним транспортним засобом, небезпека пожежі завжди є проблемою, хімію батареї вважають складною для контролю. Тому, за словами Вагенера, в майбутньому все тіло доведеться оптимізувати ще більше, щоб якомога більше енергії удару було спрямовано навколо батареї у випадку аварії. Також важливо інтегрувати ефективність аварії безпосередньо в корпус акумулятора. Тут також концепції полегшеної конструкції відіграють вирішальну роль, оскільки товста броня не може бути просто застосована скрізь.

Майкл Бегерт із спеціаліста з розробки продуктів Edag також знає тему електронної мобільності та полегшеної конструкції, згідно із заявою якого слід врахувати, що приблизно третина критикованої маси батареї припадає на її корпус та навісне обладнання, де є ще багато потенціалу для використання. “На даний момент полегшеному будівництву приділяється мало уваги з боку вищого керівництва, а бюджети на розвиток зменшуються. З іншого боку, цифровізація, електрифікація та автономне керування мають пріоритет », - продовжує Бегерт. У сегменті електромобілів - на його думку - в даний час мова йде про якнайшвидший вихід на ринок, що вимагає швидкого розвитку. Тут шасі, яке на кілька кілограмів легше, швидко стає менш пріоритетним, ніж у сегменті згоряння, де за кожен грам СО2 борються.

Легкі волокна для батареї

Прихильність виробника преси Schuler показує, наскільки глобальною є галузь мислення. Машини виробляють деталі з листового металу для автомобільного, залізничного та авіаційного секторів, а також інших галузей промисловості, і вони карбують монети для більш ніж 180 країн. Приведення металу у форму дотепер було основною компетенцією групи. Оскільки композитний матеріал також все більше і більше випадає з фокусу при полегшеній конструкції, традиційна компанія з Геппінгена також стає все більш і більш активною і тут. «Поточними проблемами тут є неефективне використання матеріалу, високий рівень відторгнення та в деяких випадках відсутність постійного забезпечення якості. Крім того, процеси підходять лише для малих та середніх обсягів виробництва », - пояснює Патрік Вінтерхалтер, менеджер з продуктів Composites компанії Schuler.

На даний момент в основному використовується процес закачування смоли (RTM), при якому попередньо зібране волокно - разом з відходами - поміщають у форму, а потім вводять смолу. В Аахенському центрі інтегративного полегшеного будівництва (AZL) при Університеті Аахена RWTH проект iComposite 4.0 зараз працює з іншими партнерами, щоб зменшити витрати приблизно наполовину. В якості демонстратора буде виготовлено підлогу транспортного засобу з товщиною стінки 2,15 мм. На першому етапі скляні волокна впорскуються в негативну форму роботом, що забезпечує мінімум відходів. В даний час триває робота з вимірювання вирівнювання волокон в режимі реального часу та використання цифрового близнюка для виявлення місця знаходження слабких місць. Їх можна компенсувати точно вставленими вуглецевими смужками. Далі слід звичайний процес RTM. Прогнозний контроль якості виконується для кожного окремого компонента безпосередньо в процесі виробництва, при цьому кожен є мінімально індивідуальним, але необхідна жорсткість завжди гарантована. "У процесі серії, маючи 35000 компонентів на рік, ми мали б одиничні витрати менше 150 євро", - говорить Вінтерхалтер.

Компанії працюють над полегшеними корпусами батарей CFRP

Деякі виробники вже випускають конструкційні деталі з композиційного матеріалу: компанія SGL Carbon з Вісбадена співпрацює з різними партнерами над розробкою акумуляторних коробок з армованого вуглецевим волокном пластику (CFRP). Після виготовлення перших прототипів для китайського виробника автомобілів Nio у 2018 році нещодавно було отримано велике замовлення від північноамериканського OEM-виробника на серійне виготовлення кришки та основи корпусів акумуляторів з вуглецевого та армованого скловолокном пластику у великих кількостях. Подальші замовлення нещодавно надійшли від європейського виробника спортивних автомобілів, а також від BMW: Для мюнхенської компанії буде виготовлено кришку на корпусі акумулятора на основі склопластику. «Звичайні акумуляторні коробки для електромобілів в основному виготовляються з алюмінію та сталі. Для порівняння, корпус батареї CFRP приблизно на 40% легший ”, - пояснює Себастьян Грассер, керівник автомобільного сегменту у підрозділі" Композити - волокна та матеріали "в SGL Carbon.

Тут також вага не розглядається як єдиний драйвер полегшеної концепції дизайну: компоненти також повинні мати високий ступінь жорсткості, щоб підтримувати динаміку руху. Крім того, матеріал повинен захищати підлогу від руйнування, сприяти оптимізованому тепловому управлінню, пропонувати чудовий протипожежний захист та відповідати вимогам герметичності для води та газу. На думку SGL-Carbon, композиційні матеріали відповідали б усім цим вимогам набагато краще, ніж будь-який інший матеріал.

Легка конструкція також впливає на розмір автомобіля

Тому на щорічному засіданні Робочої групи з гібридних полегшених технологій VDMA експерти з огляду на згаданий вище експеримент з вагою Дуденхоффера вказували, що результати в основному правильні, але висновки доводиться думати далі: Тому що, якщо електронний автомобіль будувався легшим із самого початку двигун може бути розроблений таким чином, щоб він був слабшим, а акумулятор меншим, і в цілому використовується менше сировини.

Отже, у майбутньому полегшена конструкція більше не буде лише концепцією зменшення ваги з прямою метою більшої дальності, а покращить сам слід автомобіля. Концепція більше не впливає лише на сам транспортний засіб, а й на його виробничі процеси. Тому що їх викидам також буде приділятися більша увага в майбутньому: в даний час увага все ще приділяється батареям, які виробляються все більше і більше «зеленішими» в обізнаності громадськості. Однак інші компоненти, такі як алюміній та пластмаси, у майбутньому також доведеться розглядати в більш широкому контексті, саме тому економія ресурсів полегшена конструкція також має сенс в електромобілях. Для експерта з кузовних робіт Крістофа Вагенера основні передумови для цього завжди були: «Незалежно від конструкції чи ні, інженер насправді не задається цим питанням. Для нас в природі полягає в тому, щоб виготовляти деталь із якомога меншої кількості матеріалу і якомога легше ".

Ви можете дізнатись більше про: