Le joint pliable résout les problèmes liés à l’étanchéité des batteries

Jul 06, 2023

Amir Yazdani et Andreas Proksch explorent comment le nouveau joint pliable de Datwyler relève les défis de la technologie existante

La sécurité et l'efficacité sont des points essentiels pour les développeurs de systèmes de batteries d'aujourd'hui. Les batteries destinées aux nouvelles solutions de mobilité présentent de nouveaux défis par rapport à celles utilisées dans les moteurs à combustion interne (ICE). Des problèmes tels que l’emballement thermique et la corrosion des composants de la batterie pourraient entraîner des situations mettant en danger les occupants ou réduire considérablement le cycle de vie de la batterie. Une bonne étanchéité de la batterie dans son boîtier est essentielle pour atténuer ces risques, car le joint constitue la première ligne de défense contre les influences négatives indésirables. La batterie doit être correctement scellée pour éviter toute pénétration de poussière et d'humidité. La conductivité électrique du joint doit également être prise en compte pour la mise à la terre électrique du couvercle.

Les joints actuels, principalement à base d'adhésifs et d'élastomères de silicone, sont courants pour sceller les boîtiers de batteries, tout comme les solutions de mise en place (FIP), qui sont injectées sur le boîtier et laissées durcir. Les deux présentent des défis en termes de manipulation lors de l'installation, de positionnement sur le plateau, d'efficacité après durcissement et de capacité à faciliter à la fois la maintenance continue et la recyclabilité en fin de vie. En conséquence, Datwyler a conçu une solution innovante : le joint pliable, qui offre une solution d'étanchéité pour les blocs-batteries qui résout tous ces problèmes. La solution combine des matériaux élastomères avancés avec de fines plaques métalliques, pliables par points et rigides dans leur ensemble, qui peuvent être spécifiées et placées à intervalles en fonction de géométries de pièces uniques, permettant un montage précis, manuellement ou robotiquement.

Normalement, pour le boîtier de batterie et ses joints associés, les tolérances sont très restrictives et doivent être conformes à IP6x ou à des paramètres de protection équivalents. Aucun espace ne sera accepté, c'est pourquoi lors de la conception de l'insert métallique, Datwyler peut contrôler les dimensions avec précision avec une marge d'erreur minimale. Les ingénieurs utilisent les propriétés élastiques du matériau en caoutchouc de Datwyler, qui sont très précises, pour répondre aux exigences dans les paramètres requis à certaines hauteurs. Contrairement aux joints FIP, il n'y a pas de début ou de fin de section, où il faut s'assurer qu'il n'y a pas de petit canal pour se protéger contre les effets de la corrosion.

L'installation précise et fiable du joint pliable est essentielle, car les fabricants de batteries fabriquent des systèmes de batteries à plus haute densité et leurs boîtiers deviennent de plus en plus complexes et diversifiés. Ces conceptions plus complexes nécessitent un joint plus précis pour garantir que l’intégrité du joint n’est pas compromise et l’élément métallique de la solution garantit que c’est le cas. Le métal est généralement le même que celui utilisé pour le boîtier lui-même et la surface est anodisée et traitée pour assurer une forte liaison avec le composant élastomère. Le résultat est une solution d'étanchéité qui offre une durabilité accrue ainsi qu'une conductivité électrique, ce qui signifie que l'électricité peut être facilement transférée du couvercle supérieur au boîtier inférieur via le joint, ce qui évite la corrosion due à l'accumulation d'électricité. Les solutions autonomes de caoutchouc pur et FIP ​​n'ont pas cette capacité.

Enfin, les interférences électromagnétiques (EMI), qui peuvent affecter des composants tels que des capteurs ou des unités de contrôle critiques, peuvent également être atténuées grâce à des matériaux de blindage EMI, qui peuvent être utilisés pour formuler l'élément en caoutchouc du joint pliable.

La simulation numérique des performances d’étanchéité des joints pliables est un élément central de l’ensemble du processus de conception. De telles simulations permettent de comprendre le comportement mécanique et thermique précis du joint dans des conditions extrêmes, garantissant ainsi l’efficacité et la fiabilité du joint dans diverses situations critiques. Cet effort commence par un modèle d'éléments finis bidimensionnel, dans lequel les variations de la pression d'étanchéité le long des lèvres du joint sont évaluées (voir figure 1). Une fois que la pression de contact et la surface au niveau du joint répondent aux exigences des performances spécifiques définies, l'effort de simulation se poursuit avec une modélisation par éléments finis tridimensionnels afin d'évaluer la quantité de précontrainte au niveau des boulons nécessaire pour maintenir le joint pliable. en place. Cette précontrainte garantit également la conductivité électrique souhaitée entre les pièces du boîtier.