Cosa significano per Freudenberg Sealing Technologies (FST) le tendenze della “mobilità elettrica” e della “guida autonoma” e il passaggio alla tecnologia energetica? Quali componenti saranno richiesti da questi mercati in futuro? Quali delle sue competenze chiave potrà sfruttare FST per raggiungere gli obiettivi? Quali applicazioni devono essere prese in considerazione? Come devono essere progettati nuovi componenti e moduli per garantire ai clienti valori aggiunti e le caratteristiche distintive di qualità di FST? Technology & Innovation (T&I) ha affrontato questi problemi in modo proattivo e dal lavoro degli esperti è già emerso un gran numero di innovazioni, o innovazioni in fase di sviluppo. Jens Trabert, Vice President T&I, Innovation Commercialization, spiega alcuni degli esempi.
“Prevediamo sistematicamente le tendenze future e cerchiamo attivamente di creare componenti che ci permettano di evolverci sulla base delle nostre conoscenze attuali e che siano adatte a noi dal punto di vista strategico. Attualmente stiamo percorrendo una strada che ci porta sempre più spesso dalla singola tenuta a moduli completi per i quali acquisiamo il necessario know-how per la progettazione e la produzione”.
Jens Trabert | Lead Function Technology & Innovation di FST
Sicurezza per il cuore del sistema, la batteria
Essendo accumulatori di energia, le batterie agli ioni di litio costituiscono il cuore dei veicoli elettrici e dell’elettromobilità. La loro unità più piccola è la cella. In caso di cortocircuito, si verifica un’improvvisa scarica di energia. La pressione e il calore così sviluppati gassificano l’elettrolita, e la cella esplode. A questo punto si può innescare una reazione a catena fatale da cella a cella che causa l’esplosione dell’intera batteria, il temutissimo thermal runaway. FST ha messo a punto soluzioni che prevengono proprio questa propagazione incontrollata da cella a cella, o almeno la rallentano in modo da garantire ai passeggeri tempo sufficiente per abbandonare il veicolo.
Gli scudi termici …
… di FST formano una barriera tra le singole celle. “Attualmente stiamo sviluppando la seconda generazione dei nostri scudi termici. Questa nuova generazione di pedane elastiche estremamente compatte è costituita da un collettore realizzato con un mix di materiali. In questo modo, gli scudi termici riescono a resistere a temperature ancora più elevate per molto più tempo, grazie al nostro know-how sui materiali e al nostro “Innovating Together” con i materiali Freudenberg Performance”, spiega Trabert.
Thermal Barrier …
… svolgono la stessa funzione degli scudi termici, solo che sono ubicate in un altro punto del contenitore delle batterie. Essendo profili tridimensionali, impediscono alle fiamme che attorniano gli scudi termici di propagarsi alle testate delle celle. FST produce queste barriere termiche 3D ricorrendo allo stampaggio ad iniezione con un materiale speciale a base di silicone appositamente studiato. Parallelamente a questo, FST sta sviluppando nuovi materiali anche per barriere termiche bidimensionali piatte, ossia prodotti in lastre/ a pannello che possono essere utilizzati in tutto il contenitore delle batterie come protezioni antifiamma.
DIAvent …
… è il nome dell’equalizzatore di pressione brevettato da FST che abbina due funzioni in un unico componente. Nel funzionamento normale, esso permette alla batteria di una vettura elettrica di “respirare”, termine tecnico: equalizzazione della pressione bidirezionale. In secondo luogo, in caso di thermal runaway, il DIAvent dissipa la pressione in eccesso con un’elevata velocità di degasaggio. Questa innovazione è disponibile in diverse versioni. Rispetto alla versione standard, il modello HighFlow è in grado di quadruplicare la portata in volume per il degasaggio di emergenza. DIAvent Light si limita ad equalizzare la pressione durante il funzionamento normale. Si può pensare anche ad altre varianti, ad esempio per le batterie di motocicli ad azionamento elettrico.
Busbar …
… sono sbarre collettrici. Nelle batterie agli ioni di litio, la corrente va da una cella all’altra senza attraversare fili né cavi, bensì attraversando delle sbarre collettrici in rame. Anche per loro vigono requisiti di ritardo di fiamma elevatissimi, a prescindere che si tratti di sbarre dritte e lunghe vari metri, pezzi stampati ritorti o pezzi filettati. Per evitare cortocircuiti e incendi causati dal surriscaldamento, le busbar vengono rivestite con materiali ignifughi, materiali isolanti elettrici o con gli elastomeri. Rivestire o provvedere di guaina i metalli è una delle competenze chiave di FST! “È ovvio, tuttavia spesso è necessario spiegare perché noi di Freudenberg proponiamo prodotti come le busbar. Collaborando con i nostri clienti, però, continuiamo a notare quanto siano richiesti la nostra esperienza e il nostro know-how di sviluppo in questi nuovi settori, ancora fortemente caratterizzati dall’incertezza”, dice Trabert.
Prismatic Cell Caps: Mettiamoci il coperchio
I coperchi delle celle svolgono un ruolo importante nella trasmissione di corrente nelle batterie agli ioni di litio e, inoltre, devono impedire alle sostanze chimiche e ai vapori delle celle di disperdersi nell’ambiente sigillando e isolando i due poli. Per svolgere abilmente tutte queste funzioni, i coperchi sono formati da diverse singole parti: “Già vari anni fa abbiamo sviluppato materiali di tenuta capaci di resistere alle sostanze chimiche della cella e di “convivere” con loro. Poiché conosciamo anche la lavorazione del metallo, che siano simmerring o guarnizioni per steli valvola, era più che opportuno realizzare e fornire il coperchio intero. Il grande vantaggio per i clienti è che non devono assemblare da soli le singole parti dall’anodo all’elemento di rottura integrato, perché gli forniamo il modulo completo come pezzo finito”, spiega Trabert.
EMI Shielding: Insegnare alla plastica a schermare
Sistemi a sensori, telecamere e radar: i componenti elettronici dei veicoli irradiano radiazioni elettromagnetiche e possono interferire tra loro, termine tecnico: electromagnetic interference, ossia interferenza elettromagnetica (IEM). Per questo motivo occorre schermarli in involucri di metallo conduttivo che però è relativamente costoso e pesante, perlopiù l’alluminio, oppure in alloggiamenti di plastica su cui, ad esempio, è possibile stampare una guarnizione che diventa direttamente un collegamento fisso.
Per la schermatura IEM, però, che in gergo tecnico si chiama EMI shielding, occorre far sì che la plastica riesca a condurre elettricità. A questo scopo, FST ha messo a punto svariate soluzioni, una di queste è il cosiddetto EMI coating, ossia l’applicazione di un rivestimento conduttivo sulla superficie dei componenti in plastica. Per ottimizzare questo processo, FST lavora insieme a BASF.
eCON: Le guarnizioni con “Parafulmini integrato”
FST sta perfezionando le proprie competenze in fatto di tenute specificamente per la catena cinematica elettrica. Un esempio è l’eCON, guarnizioni radiali per alberi rotanti ad attrito ridotto con “parafulmine integrato”, ossia con una messa a terra integrata. Queste guarnizioni multifunzione sono in grado di dissipare nel supporto antivibrante del motore le correnti dannose, impedendo così ai cuscinetti di venire danneggiati, ad esempio a causa dell’elettroerosione.
Elettrolizzatori: Idrogeno per la cella a combustibile
“Il nostro obiettivo è partecipare al megatrend dell’idrogeno come futuro vettore energetico”, dice Trabert. Gli elettrolizzatori generano idrogeno mediante la corrente elettrica; funzionano in modo simile a una cella a combustibile, solo al contrario. Come nella cella a combustibile, anche le pile di celle degli elettrolizzatori devono essere ermetici. FST fornisce già oggi guarnizioni piane e o-ring resistenti all’elettrochimica. “La grande sfida che dobbiamo affrontare con gli elettrolizzatori e le celle a combustibile consiste nel ridurre i costi automatizzando la produzione. La nostra idea consiste nell’unire le nostre guarnizioni in un’integrazione verticale direttamente al telaio o alla piastra bipolare in un processo automatizzato per poi consegnare questa unità al cliente come modulo finito. Ciò permette ai clienti di evitare diverse fasi della loro produzione”, spiega Trabert.
Materiali e processi innovativi
Spesso, le innovazioni di prodotti vanno di pari passo con le innovazioni di materiali e processi, o addirittura li esigono, come, ad esempio, per i cosiddetti Thermal Interface Materials (TIM). FST propone questo materiale siliconico termoconduttivo ed elettricamente isolante solo da qualche anno e, attualmente, lo ha perfezionato in due modi: primo, ora il materiale è compatibile anche con lo stampaggio ad iniezione e può essere lavorato con geometrie tridimensionali complesse completamente nuove, secondo, il materiale può anche essere parte integrante di parti bicomponenti (2K). Questo significa che può essere nebulizzato direttamente e aderisce alla plastica, all’alluminio e al rame. Da qualche tempo, viene prodotto in serie un componente 2K con corpo base termoplastico per il connettore di ricarica delle auto elettriche. Nello specifico, questo componente contribuisce a rendere la ricarica dei veicoli più efficiente e sicura: il componente di FST somministra ai sensori informazioni termiche. Sulla base di questi dati è possibile monitorare e controllare costantemente il processo di ricarica.
