Os veículos elétricos (VEs) tornaram-se uma direção fundamental na transformação da indústria automotiva. Como os VEs dependem de baterias para propulsão, a bandeja da bateria desempenha um papel crítico para garantir o funcionamento normal e seguro do sistema de baterias. Atualmente, existem três tipos comuns de bandejas de bateria: bandejas de aço, bandejas de alumínio fundido e bandejas de alumínio extrudado. Dentre elas, as bandejas de alumínio extrudado são as mais conceituadas.
Em comparação com bandejas de aço, a escolha do alumínio oferece inúmeras vantagens, como menor densidade e peso mais leve para o mesmo volume, o que ajuda a conservar energia. O alumínio também possui excelente resistência à corrosão e às intempéries, permitindo que suporte ambientes externos agressivos. Além disso, sua usinabilidade e plasticidade superiores reduzem efetivamente os custos de produção. Quando comparadas às bandejas de alumínio fundido, as bandejas de alumínio extrudado são mais flexíveis e fáceis de modificar ou refinar. A diversidade de dimensões e a ampla gama de aplicações para bandejas de alumínio extrudado também são incomparáveis às alternativas fundidas. Consequentemente, as bandejas de alumínio extrudado para baterias são amplamente utilizadas em diversos setores.
Visão geral das bandejas de bateria automotivas
A bateria é a principal fonte de energia de um veículo elétrico, fornecendo a potência necessária para a propulsão de todo o veículo. Como suporte para os módulos da bateria, a bandeja da bateria é vital para a segurança e proteção desses módulos. Uma bandeja de bateria de veículo elétrico consiste principalmente em uma bandeja inferior e uma tampa superior. A bandeja inferior da bateria geralmente apresenta uma estrutura soldada por fricção (FSW) feita de perfis de liga de alumínio. Seus principais componentes estruturais incluem a placa de base, a estrutura e os suportes de montagem, sendo a soldagem o principal método de conexão. A bandeja deve apresentar excelente resistência à vibração, ao choque mecânico e à compressão para proteger a bateria contra danos durante colisões externas ou compressão, além de atender a um grau de proteção IP de pelo menos IP67 (conforme GB/T 4208-2017), juntamente com requisitos de teste de corrosão por névoa salina e choque térmico em altas e baixas temperaturas.
Material para bandejas de baterias automotivas
O desenvolvimento de veículos elétricos (VEs) é uma forma eficaz de abordar a poluição ambiental e os problemas energéticos. Em um VE puro, o conjunto de baterias representa aproximadamente 30% do peso total do veículo, enquanto a bandeja inferior da bateria corresponde a cerca de 20% a 30% do peso do conjunto. Portanto, um projeto estrutural e uma fabricação da bandeja inferior que sejam leves e econômicos podem reduzir significativamente os custos dos VEs e aumentar a autonomia.
As ligas de alumínio da série 6XXX são ideais para bandejas de baterias de alumínio, pois não são propensas à corrosão sob tensão e oferecem excelente soldabilidade. Ao utilizar um projeto estrutural racional dos perfis, o uso de material pode ser reduzido, garantindo rigidez e resistência estrutural. Combinado com simulação de Engenharia Auxiliada por Computador (CAE), a estrutura da cavidade e a espessura da parede podem ser otimizadas. Isso permite a verificação do desempenho de segurança — incluindo durabilidade sob vibração, resistência a impactos e resistência à compressão lateral — possibilitando uma redução de peso sem comprometer a segurança.
Estrutura das bandejas de alumínio para baterias
As bandejas de bateria de alumínio são construídas a partir de perfis de alumínio extrudado, que são unidos por soldagem para formar uma estrutura de quadro integrada completa. Chapa de metal É utilizado em certas áreas como placa de vedação para as cavidades do perfil. Os fixadores incluem porcas de rebite sextavadas, pinos de encaixe por pressão e insertos roscados M12×1D ou M8×1.25D.
Os principais componentes de uma bandeja de bateria de alumínio incluem a placa de base, as vigas laterais esquerda/direita, as vigas laterais dianteira/traseira e as vigas de montagem dos módulos. As quatro vigas laterais utilizam três perfis transversais em forma de L diferentes, que facilitam a soldagem com a placa de base. Duas vigas de montagem dos módulos são posicionadas acima das linhas de solda entre a placa de base e as vigas laterais dianteira/traseira, servindo como superfícies de apoio e pontos de conexão para os módulos de bateria. Diversas porcas de rebite hexagonais são instaladas ao longo da aba superior da bandeja para conectar a tampa superior e formar um espaço selado. Uma base para montagem de extintor de incêndio, composta por um suporte e pinos de encaixe por pressão, é soldada à parte interna da viga lateral dianteira. Seis insertos roscados M12×1D são distribuídos uniformemente na parte inferior externa da bandeja para fixá-la ao veículo. Além disso, seis insertos roscados M8×1.25D são instalados em cada uma das duas vigas de montagem dos módulos para conectar três módulos de bateria lado a lado.
Processo e produção da bandeja da bateria
As bandejas de alumínio para baterias são geralmente fabricadas por meio da soldagem de perfis de alumínio usinados. A estrutura compreende uma placa de base e uma estrutura de suporte. A placa de base é normalmente formada pela união de 2 a 4 perfis de alumínio utilizando soldagem por fricção (FSW). A estrutura de suporte é tipicamente composta por 4 a 6 vigas de perfil de alumínio soldadas entre si utilizando métodos como MIG (Metal Inert Gas), TIG (Tungsten Inert Gas) ou CMT (Cold Metal Transfer). A placa de base e a estrutura de suporte são então unidas por FSW, MIG, TIG ou CMT para formar o conjunto da bandeja da bateria. O projeto da seção transversal dos perfis deve levar em consideração os resultados da simulação CAE, a viabilidade da extrusão e os métodos de conexão escolhidos.
Para minimizar a deformação durante a soldagem, utiliza-se previamente tecnologia de simulação de soldagem para prever resultados e otimizar sequências e parâmetros de soldagem. Dispositivos e acessórios de soldagem especializados são projetados para garantir precisão dimensional e de montagem, o que reduz custos de produção, encurta ciclos e aumenta a eficiência.
A qualidade da bandeja é assegurada por meio de uma rigorosa série de testes: inspeção da qualidade da solda, precisão dimensional por meio de máquinas de medição por coordenadas (MMC), desempenho da vedação por meio de equipamentos de teste de estanqueidade, resistência à corrosão por meio de câmaras ambientais e rigidez/resistência por meio de equipamentos de teste de vibração, choque e compressão. Somente com a conclusão desses testes é possível garantir o desempenho e a qualidade da bandeja.
Processos para bandejas de baterias automotivas
Os perfis de alumínio bruto são serrados para atingir o comprimento aproximado das peças individuais ou são serrados diretamente para obter o formato desejado. Após usinagem e retificação, as peças individuais são finalizadas. O processamento completo de uma bandeja de bateria de alumínio inclui serragem, corte a laser, usinagem, retificação, montagem/ajuste, soldagem, teste de estanqueidade, rebitagem por pressão, rebitagem cega e colagem adesiva.
Usinagem de peças individuais
Todas as peças individuais devem passar por usinagem CNC Para atender às tolerâncias dimensionais, as chapas metálicas são processadas por corte a laser, o que oferece alta eficiência e atende aos requisitos para montagem de baixa precisão. Os perfis são processados por serragem CNC, um método eficiente, econômico e preciso o suficiente para a maioria das aplicações. Para características complexas ou áreas de alta precisão, são utilizados centros de usinagem CNC de 3 eixos. A qualidade das peças individuais afeta diretamente a precisão da montagem, a tolerância dimensional, a planicidade e o acabamento superficial da bandeja de bateria final.
Montagem
A precisão da montagem entre as peças afeta significativamente a qualidade da soldagem subsequente e é um fator crucial para atender aos requisitos de vedação da bandeja de alumínio da bateria. Especificamente, o encaixe entre as entradas de água da placa inferior e os blocos de vedação é decisivo para a soldagem dos canais de refrigeração. A estanqueidade da bandeja depende da montagem e soldagem das vigas frontal, traseira e laterais. Folgas excessivas entre as peças podem impossibilitar a soldagem, enquanto a fixação inadequada de seções frágeis pode levar a severas deformações térmicas, afetando as dimensões. Durante a montagem, as peças são dispostas horizontalmente em uma plataforma multifuncional, fixadas com dispositivos de segurança, inspecionadas quanto às dimensões iniciais e ponteadas para preparar a soldagem final.
Soldagem
Após a verificação das dimensões da montagem, realiza-se a soldagem por pontos em locais de tensão críticos para fixar as peças e minimizar a deformação durante o processo final de soldagem completa. Esta etapa final é o passo de "fechamento" que garante a integridade da vedação da bandeja de alumínio da bateria. Qualquer defeito de soldagem em qualquer local pode resultar em falha durante o teste de estanqueidade.
Teste de estanqueidade
O teste de estanqueidade é dividido em duas partes: teste do canal de água e teste do corpo da bandeja. Durante o teste do canal de água, conexões de engate rápido são usadas para pressurizar os canais a aproximadamente 400 kPa. A bandeja é totalmente submersa em um tanque de água por 3 minutos. A presença de bolhas contínuas indica uma falha, enquanto a ausência de bolhas indica aprovação. Durante o teste do corpo da bandeja, um detector de vazamentos é usado para pressurizar o interior a 3,500 ± 500 Pa. Após o período de estabilização, um teste de 60 segundos é realizado; uma queda de pressão de no máximo 38 Pa é considerada aprovada.
Usinagem Integral
Características que exigem altas tolerâncias geométricas, como a planicidade da superfície de montagem do módulo de 0.3 mm, a posição do furo hexagonal superior de 0.5 mm e a planicidade inferior de 0.5 mm, não podem ser garantidas se essas características forem usinadas em peças individuais antes da soldagem, devido a erros cumulativos, desvios de montagem e deformações de soldagem. Em vez disso, utiliza-se a usinagem integral após a soldagem para atender a esses requisitos de precisão.
Rivting
A rebitagem inclui a rebitagem cega e a rebitagem por pressão. Na rebitagem cega, uma rebitadeira instala porcas sextavadas na flange superior da bandeja de alumínio da bateria para posterior conexão aparafusada com a tampa superior durante a montagem final. Na rebitagem por pressão, uma prensa utiliza a plasticidade do perfil de alumínio para unir pinos de aço com encaixe por pressão a suportes de alumínio, adequados para fixar pequenos componentes ao corpo principal da bandeja.
Inspeção dimensional
A inspeção é realizada por meio de medição manual e CMM (Máquina de Medição por Coordenadas). As dimensões lineares são verificadas pelos inspetores de qualidade utilizando paquímetros e trenas, enquanto as tolerâncias geométricas, como posição e planicidade, são verificadas por meio da CMM.
Vedação da porta de água da placa inferior
Como via de circulação do líquido refrigerante, a qualidade e a vedação da placa de base são cruciais para o processamento da bandeja de alumínio da bateria. A placa de base é formada pela montagem e soldagem de blocos de vedação à base do perfil. As múltiplas cavidades dentro dos perfis extrudados servem como canais de refrigeração. Uma extremidade do perfil conecta a entrada e a saída, que não se comunicam entre si, enquanto a outra extremidade veda as portas para permitir a comunicação entre as cavidades. Isso cria um circuito fechado, com o líquido fluindo da entrada, através das cavidades e saindo pela saída, para resfriar a bateria de forma eficaz.
Como o Getzshape pode ajudar
A Getzshape oferece usinagem CNC personalizada de alta qualidade, fabricação de chapas metálicas, eletroerosão, fundição sob pressão e muito mais. Utilizando equipamentos avançados e rigoroso controle de qualidade, garantimos precisão e entrega no prazo, desde protótipos até grandes lotes de produção. Como seu parceiro de fabricação de ponta a ponta, otimizamos o fornecimento, a usinagem, o pós-processamento e a logística.
