Lanxess et Kautex Textron pionniers des thermoplastiques D-LFT pour boîtiers de batteries EV légers

L'entreprise de chimie spéciale Lanxess (Cologne, Allemagne) et Kautex Textron GmbH & Co. KG (Bonn, Allemagne), une société de Textron Inc. (Providence, RI, États-Unis), collaborent depuis plusieurs ans pour démontrer les avantages des thermoplastiques techniques par rapport aux métaux pour les boîtiers de batteries de véhicules électriques (VE) en termes de réduction de poids et de coûts, d'intégration fonctionnelle et de comportement d'isolation électrique. Ensemble, les entreprises ont développé un démonstrateur technologique quasi-série dans une étude de faisabilité. D'une longueur et largeur d'environ 1 400 millimètres chacun, le système est une pièce de boîtier grand format tout-plastique avec un poids dans la moyenne des dizaines de kilogrammes.

« En première étape, nous avons complètement renoncé à l'utilisation de structures de renforcement métalliques tout en prouvant que nous pouvons produire commercialement ces composants complexes et de grande taille, » explique Felix Haas, directeur du développement produit chez Kautex Textron. À l'avenir, Kautex et Lanxess souhaitent utiliser les résultats de cette coopération pour engager des projets de développement pour la production en série avec des constructeurs automobiles.

Le démonstrateur a été développé sur la base du boîtier de batterie d'un VE de segment C. Il se compose d'un bac de boîtier avec structure de crash, d'un couvercle de boîtier et d'une protection de soubassement (sous-caisse). Les composants du boîtier peuvent être produits en une seule étape par un procédé de moulage de thermoplastique à fibres longues direct (D-LFT). Lanxess a optimisé sa résine Durethan B24CMH2.0 PA6 comme matériau pour le composé de moulage D-LFT ; Kautex Textron compose le PA6 pour le processus avec des fils de fibre de verre. Le Tepex dynalite de Lanxess, un thermoplastique renforcé en fibres continues, est appliqué comme renfort pour la structure du boîtier. « Le procédé permet des temps de cycle plus courts et donc plus économiques que les procédés dans lesquels l'acier ou l'aluminium sont transformés, » explique Haas.

Aujourd'hui, selon Lanxess, les boîtiers pour batteries haute tension sont principalement fabriqués à partir de profilés extrudés en acier ou en aluminium. Selon la classe de véhicule, la longueur et la largeur des boîtiers peuvent largement dépasser 2 000 ou 1 500 millimètres respectivement. La taille, le nombre de composants et les nombreuses étapes de fabrication et d'assemblage rendent les boîtiers métalliques très coûteux. Par exemple, les structures complexes en profilés étirés nécessitent de nombreuses opérations secondaires telles que soudage, poinçonnage et rivetage. De plus, les composants métalliques doivent être protégés contre la corrosion par une étape de processus supplémentaire par trempage cathodique.

« Les plastiques, en revanche, peuvent pleinement exploiter leur liberté de conception. En intégrant des fonctions telles que les fixations et les composants de gestion thermique, le nombre de pièces individuelles d'un boîtier de batterie peut être fortement réduit. Cela simplifie l'assemblage et l'effort logistique, ce qui réduit les coûts de production, » déclare le Dr Christopher Hoefs, chef de projet e-Powertrain chez Lanxess.

Les boîtiers de batteries haute tension doivent également répondre à une variété d'exigences techniques très exigeantes, notamment une rigidité et une résistance élevées, l'absorption d'énergie en cas de crash, la retardance au feu et l'intégration des boîtiers dans la structure du véhicule, pour n'en citer que quelques-unes. Lanxess rapporte que les plastiques ont le potentiel de répondre à bon nombre de ces besoins. Le matériau est résistant à la corrosion et électriquement isolant, ce qui assure un risque réduit de court-circuit du système. La faible densité des plastiques et leur potentiel de construction légère conduisent également à des boîtiers significativement plus légers, ce qui bénéficie, entre autres, à l'autonomie des VE.

« Nous continuons à travailler ensemble sur l'optimisation de la production et de la conception structurelle des composants. L'objectif est de réaliser la majeure partie du travail de développement virtuellement, afin d'économiser les coûts de conception de prototypes et de raccourcir le temps de mise sur le marché des futurs composants de série, » déclare Hoefs.