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Oct 14, 2023

Gli estrusi di alluminio stanno vincendo la corsa per gli involucri delle batterie nei veicoli elettrici

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Gli involucri delle batterie per veicoli elettrici (chiamati anche telai, alloggiamenti o pacchi batteria) hanno uno scopo piuttosto semplice: contenere e proteggere i moduli batteria. Naturalmente ne esistono di varie forme e dimensioni e si adattano facilmente alle diverse particolarità dei moduli batteria.

Proprio come altre parti di automobili, gli involucri delle batterie sono un'arena per una serie di materiali in lotta per la preminenza: alluminio, acciaio avanzato ad alta resistenza, fibra di carbonio, magnesio. Mentre attualmente le custodie sono realizzate in acciaio (o una combinazione di alluminio e acciaio), alla lunga l'alluminio sembra avere il sopravvento, soprattutto grazie alla sua leggerezza e alle favorevoli caratteristiche tecniche. I produttori di automobili si aspettano che in futuro i costi del sistema batteria, che oggi rappresentano tra il 30 e il 50% del costo totale di un’auto elettrica, diminuiranno.

La conduttività termica è di fondamentale importanza per gli involucri delle batterie. Devono fornire capacità di trasferimento termico (come nel sistema frenante di un'auto) per mantenere la batteria fresca o calda quando fa freddo. Pertanto, la struttura diventa effettivamente parte della fonte di energia. Può influire in modo significativo sulle prestazioni e sul ciclo di vita dei moduli batteria, poiché le variazioni di temperatura da modulo a modulo in un pacco batteria potrebbero comportare prestazioni ridotte. Allo stesso tempo, il materiale deve avere sufficiente robustezza e resistenza agli urti per proteggere i moduli batteria da eventuali danni, così come altre parti del veicolo.

I profili di carica/scarica dei veicoli elettrici ibridi (HEV) sono generalmente più aggressivi di quelli dei veicoli elettrici a batteria, il che si traduce in una maggiore generazione di calore, pertanto per i veicoli HEV è necessario un sistema di gestione termica. Il sistema di gestione termica deve essere compatto e leggero, facilmente inseribile nel veicolo, affidabile ed economico.

Anche i cavi di interconnessione possono aggiungere calore ai moduli. Per controllare la temperatura di un pacco batteria nel suo intervallo di temperatura ottimale, potrebbe essere necessario respingere il calore dai moduli durante la stagione calda e aggiungerlo durante la stagione fredda. La gestione e il controllo termico dell'involucro della batteria potrebbero essere ottenuti mediante sistemi ad aria o liquidi, isolamento, accumulo termico (materiale a cambiamento di fase), approcci attivi o passivi o una combinazione.

Una buona progettazione degli involucri delle batterie utilizzando estrusioni di alluminio può semplificare il processo di assemblaggio e fissaggio dei singoli moduli batteria. Forniscono inoltre un maggiore assorbimento di energia in caso di incidente, rispetto ad altri materiali e processi. Gli involucri di grandi dimensioni possono avere un impatto sull'intera architettura della carrozzeria dell'auto. In alcuni modelli, gli involucri delle batterie sono grandi quanto l'intero pavimento dell'auto tra le ruote. Ciò significa che devono essere integrati attentamente nella struttura dell'auto e interagire con la carrozzeria dell'auto.

Tutti i principali produttori di prodotti in alluminio per l'industria automobilistica hanno sviluppato i propri gruppi di involucri per batterie con sistemi di gestione termica, tra cui Constellium, Novelis o Hydro.

Gli involucri delle batterie di Constellium, ad esempio, sono prodotti con leghe di alluminio superiori (ad alta resistenza) e progettati per resistere a urti e intrusioni e allo stesso tempo raffreddare i singoli moduli utilizzando materiali, design e tecnologie di giunzione innovativi. Per la parte inferiore e superiore degli armadi, si preferiscono la lamiera in lega 3xxx,5xxx e 6xxx di Constellium e l'alluminio grazie alla loro buona conduttività termica e resistenza alla corrosione, nonché alla formabilità in una varietà di forme. Quando l'intero involucro è realizzato in alluminio, crea uno schermo elettromagnetico naturale che blocca le interferenze con altri componenti elettrici o elettronici del veicolo.