Junta dobrável resolve dores de cabeça de vedação da bateria

Jul 06, 2023

Amir Yazdani e Andreas Proksch exploram como a nova junta dobrável da Datwyler aborda os desafios da tecnologia existente

Segurança e eficiência são pontos centrais de foco para os desenvolvedores de sistemas de baterias atuais. As baterias para novas soluções de mobilidade apresentam novos desafios em comparação com as utilizadas nos motores de combustão interna (ICE). Problemas como fuga térmica e corrosão dos componentes da bateria podem levar a situações que colocam em perigo os ocupantes ou reduzem significativamente o ciclo de vida da bateria. A vedação adequada da bateria dentro do seu invólucro é essencial para mitigar esses riscos, pois a vedação é a primeira linha de defesa contra influências negativas indesejadas. A bateria deve ser corretamente vedada para evitar a entrada de poeira e umidade. A condutividade elétrica da vedação também deve ser considerada para o aterramento elétrico da tampa.

As juntas existentes, principalmente baseadas em adesivos e elastômeros de silicone, são comuns para vedar caixas de baterias, assim como as soluções form in place (FIP), que são injetadas na caixa e deixadas para curar. Ambos apresentam desafios em termos de manuseio durante a instalação, posicionamento na bandeja, eficácia após a cura e capacidade de facilitar a manutenção contínua e a reciclabilidade no final da vida útil. Como resultado, a Datwyler desenvolveu uma solução inovadora – a junta dobrável – que oferece uma solução de vedação para baterias que supera todos esses problemas. A solução combina materiais elastômeros avançados com placas metálicas finas, dobráveis ​​em pontos e rígidas como um todo, que podem ser especificadas e colocadas em intervalos de acordo com geometrias exclusivas das peças, permitindo uma montagem precisa manual ou robótica.

Normalmente, para o invólucro da bateria e suas vedações associadas, as tolerâncias são muito restritivas e devem estar em conformidade com IP6x ou parâmetros de proteção de ingresso equivalentes. Quaisquer lacunas não serão aceitas, portanto, ao projetar a inserção metálica, a Datwyler pode controlar as dimensões com precisão, com margem mínima de erro. Os engenheiros utilizam as propriedades elásticas do material de borracha Datwyler, que é muito preciso, para atender aos requisitos dentro dos parâmetros exigidos em determinadas alturas. Ao contrário das juntas FIP, não há seção inicial ou final, onde é necessário garantir que não haja um pequeno canal para proteção contra os efeitos da corrosão.

A instalação precisa e confiável da junta dobrável é fundamental, pois os fabricantes de baterias estão fabricando sistemas de baterias de maior densidade e seus invólucros estão se tornando mais complexos e diversificados. Esses projetos mais complexos precisam de uma junta mais precisa para garantir que a integridade da vedação não seja comprometida e o elemento metálico da solução garante que esse seja o caso. O metal é geralmente o mesmo usado no próprio invólucro e a superfície é anodizada e tratada para garantir uma ligação forte com o componente de elastômero. O resultado é uma solução de vedação que proporciona maior durabilidade e também condutividade elétrica, o que significa que a eletricidade pode ser facilmente transferida da tampa superior para a caixa inferior através da junta, o que evita a corrosão como consequência do acúmulo de eletricidade. As soluções autônomas de borracha pura e FIP não têm essa capacidade.

Finalmente, a interferência eletromagnética (EMI) – que pode afetar componentes como sensores ou unidades de controle críticas – também pode ser mitigada por meio de materiais de blindagem EMI, que podem ser usados ​​para formular o elemento de borracha da junta dobrável.

A simulação numérica do desempenho de vedação de juntas dobráveis ​​é um elemento central em todo o processo de projeto. Tais simulações permitem a compreensão do comportamento mecânico e térmico preciso da vedação sob condições extremas, garantindo a eficácia e confiabilidade da vedação em diversas situações críticas. Este esforço começa com um modelo bidimensional de elementos finitos, no qual são avaliadas as variações da pressão de vedação ao longo dos lábios de vedação (ver figura 1). Uma vez que a pressão de contato e a área na vedação atendam aos requisitos para o desempenho específico definido, o esforço de simulação continua com a realização de uma modelagem tridimensional de elementos finitos, a fim de avaliar a quantidade de pré-tensão nos parafusos necessária para manter a junta dobrável no lugar. Este pré-esforço também garante a condutividade elétrica desejada entre as partes da carcaça.