Que signifient pour FST les tendances de la « mobilité électrique » et de la « conduite autonome », et les transformations dans la technique énergétique ? Quels seront les composants nécessaires sur ces marchés à l’avenir ? Quelles sont les compétences clés que FST peut exploiter ici ? Les applications à prendre en considération ? Comment les nouvelles pièces et les nouveaux modules doivent-ils être conçus pour offrir une plus-value aux clients et des arguments de vente uniques pour FST ? Technology & Innovation (T&I) s’est penché de manière proactive sur ces questions. Beaucoup d’innovations déjà sont nées de cette démarche – ou sont en cours. Jens Trabert, Vice President T&I, Innovation Commercialization, en cite quelques exemples.
« Nous anticipons systématiquement les tendances futures et nous essayons de développer activement des éléments permettant d’y répondre, pour lesquels nous pouvons nous appuyer sur nos connaissances et qui suivent notre stratégie. Nous allons pour cela ici de plus en plus du joint individuel à des modules complets, pour lesquels nous acquérons le savoir-faire nécessaire en matière de conception et de fabrication. »
Jens Trabert | Lead Function Technology & Innovation chez FST
Sécurité pour la pièce maîtresse, la batterie
Accumulateurs d’énergie, les batteries lithium-ion constituent le cœur des véhicules électriques et la pièce maîtresse de la mobilité électrique. Leur plus petite unité est la cellule. En cas de court-circuit, de l’énergie est libérée brusquement. Il se produit un dégagement de pression et de chaleur, l’électrolyte se gazéifie et la cellule éclate. Ceci peut entraîner une réaction en chaîne fatale de cellule en cellule, et le grillage de toute la batterie, le « thermal runaway » tant redouté. FST a développé des solutions pour empêcher cette propagation incontrôlée d’une cellule à l’autre – ou du moins la ralentir suffisamment pour donner aux passagers le temps de quitter le véhicule.
Les boucliers thermiques …
… de FST forment une barrière entre les différentes cellules. « Nous développons actuellement la deuxième génération de nos „heatshields“. Ces nouveaux tapis élastiques, extrêmement peu encombrants, consistent en une structure multiple composée d’un mélange de matériaux. Ainsi, les boucliers thermiques peuvent résister encore plus longtemps à des températures encore plus élevées. Notre savoir-faire Matériaux ainsi que l’„Innovating Together“ avec Freudenberg Performance Materials sont mis à profit ici », explique Jens Trabert.
Les « thermal barriers » …
… assurent les mêmes fonctions que les boucliers thermiques, mais à un autre endroit du carter de la batterie. Profilés à trois dimensions, ils empêchent la propagation des flammes autour des boucliers thermiques via les extrémités des cellules. FST fabrique ces barrières thermiques 3D par moulage par injection, à partir d’un matériau à base de silicone spécialement développé pour cela. Parallèlement, FST étudie de nouveaux matériaux pour des thermal barriers plates à deux dimensions, plaques pouvant être mises en place comme pare-flammes sur tout le pourtour du boîtier de la batterie.
DIAvent …
… est le nom de l’élément de compensation de pression breveté de FST, qui combine deux fonctions en une seule pièce : en mode normal, il assure d’une part que la batterie d’une voiture électrique « respire », donc la compensation de pression bidirectionnelle dans le boîtier de la batterie, pour reprendre l’expression des spécialistes ; d’autre part, en cas d’« emballement thermique », DIAvent évacue la surpression qui en résulte, avec un taux de dégazage important. Cette innovation est disponible dans deux modèles différents : HighFlow, qui permet de multiplier par quatre, par rapport au modèle standard, le débit volumétrique lors du dégazage ; DIAvent Light, qui se limite à la compensation de pression en mode normal. D’autres variantes seraient possibles, par exemple pour les batteries des deux-roues électriques.
Les barres de puissance …
… sont des rails conducteurs. Dans les batteries lithium-ion, le courant ne circule pas d’une cellule à l’autre par des fils ou des câbles, mais par des barres conductrices en cuivre, appelées barres de puissance. Elles sont elles aussi soumises aux exigences les plus strictes en matière de protection contre les flammes, qu’il s’agisse de barres droites de plusieurs mètres de long, de pièces moulées courbées ou filetées. Pour éviter les courts-circuits et les incendies dus à une surchauffe, elles sont soit revêtues de matériaux ignifuges et électriquement isolants, soit gainées d’élastomères. Le revêtement ou gainage de métaux font partie des compétences clés de FST ! « Il est logique que Freudenberg propose des produits de ce type, pourtant nous devons souvent l’expliquer. Mais dans notre collaboration avec les clients, nous constatons toujours à quel point notre expérience et notre savoir-faire en matière de développement sont demandés dans ces nouvelles activités encore marquées par l’incertitude », déclare Jens Trabert.
Prismatic Cell Caps : Fermer le couvercle
Dans les batteries lithium-ion, les couvercles des cellules assument un rôle important dans la transmission du courant. Ils doivent de plus empêcher que la chimie de la cellule et les vapeurs ne passent dans l’environnement, enfin étanchéifier les deux pôles et les isoler l’un de l’autre. Pour pouvoir remplir toutes ces fonctions, ils sont composés de parties diverses. « Nous avons développé il y a des années déjà des matériaux résistants aux fluides et pouvant „vivre“ avec la chimie des cellules. Comme nous savons aussi travailler le métal – que ce soit pour les bagues Simmerring ou les joints de tige de soupape – il allait de soi de fabriquer et de proposer l’ensemble du couvercle de la cellule. Le grand avantage pour les clients : ils n’ont pas besoin d’assembler eux-mêmes les différentes pièces, de l’anode à l’élément de rupture intégré. Nous leur fournissons le module complet fini », explique Jens Trabert.
EMI Shielding : Apprendre le blindage au plastique
Capteurs, caméras et radars – les composants électroniques des véhicules émettent un rayonnement électromagnétique et peuvent se perturber mutuellement, le terme technique est « interférence électromagnétique » (EMI). Ils doivent donc être protégés les uns des autres par un blindage – soit dans des boîtiers en métal conducteur, relativement coûteux et lourds, généralement en aluminium ; soit dans des boîtiers en plastique, sur lesquels on peut par exemple injecter directement un joint pour obtenir une connexion solide.
Pour le blindage EMI ou « EMI shielding », le plastique doit toutefois être rendu conducteur. FST a développé pour cela plusieurs solutions. L’une d’entre elles est le « EMI coating », l’application d’un revêtement conducteur sur la surface des pièces en plastique. Pour optimiser ce procédé, FST collabore avec BASF.
eCON : Des joints à « Paratonnerre intégré »
Pour la chaîne cinématique électrique, FST développe de manière ciblée ses compétences en matière d’étanchéité. Un exemple est eCON, des joints d’arbre radiaux à faible frottement à « paratonnerre intégré », c’est-à-dire avec mise à la terre intégrée. Dans le palier du moteur, ces joints multifonctions évacuent les courants nuisibles, prévenant les dommages qui pourraient être causés par l’électro-érosion.
Électrolyseurs : De l’hydrogène pour les piles à combustible
« Notre objectif est de participer à la mégatendance de l’hydrogène en tant que fournisseur d’énergie futur », déclare Jens Trabert. Des électrolyseurs produisent de l’hydrogène à l’aide de courant électrique. Ils fonctionnent de la même manière qu’une pile à combustible, mais inversement. Comme pour la pile à combustible, leurs stacks doivent eux aussi être étanches. FST fournit déjà pour cela des joints plats et des joints toriques résistants à l’électrochimie. « Le grand défi au niveau des électrolyseurs et des piles à combustible est actuellement de réduire les coûts par une fabrication automatisée. Notre idée est de relier directement nos joints au cadre ou à la plaque bipolaire, dans un processus automatisé à intégration verticale, et de livrer cette unité au client sous forme de module fini. Les clients peuvent ainsi économiser plusieurs étapes de fabrication », explique Jens Trabert.
Des matériaux et procédés innovateurs
Des produits nouveaux s’accompagnent souvent d’innovations au niveau des matériaux et des procédés – ou même les exigent, comme c’est le cas par exemple pour les « Thermal Interface Materials » (TIM). FST propose depuis quelques années ce matériau en silicone thermiquement conducteur et électriquement isolant. Aujourd’hui, FST l’a perfectionné, et ce à deux égards. Tout d’abord, le matériau peut maintenant être moulé par injection dans des géométries tridimensionnelles complexes, fait entièrement nouveau. De plus, il peut désormais faire partie intégrante de pièces à deux composants : il peut être injecté directement sur le support et adhère au plastique, à l’aluminium ou au cuivre. Une telle pièce à 2 composants à corps de base en thermoplastique est depuis quelque temps en production en série pour les bornes de recharge de voitures électriques. Concrètement, elle contribue à rendre la recharge des véhicules plus efficace et plus sûre : l’élément de FST fournit aux capteurs des informations thermiques, permettant de surveiller et de contrôler en continu le processus de charge.
