L’étanchéité du bloc de batterie est un problème de fiabilité déguisé en pièce en caoutchouc. Un joint de boîtier de pack doit maintenir un joint IP67 pendant des milliers de cycles thermiques entre moins 40 degrés et 85 degrés, résister au liquide de refroidissement et au fluide diélectrique, ne contribuer en rien à la propagation de l'emballement thermique et rester compressible à la fin de la durée de vie du véhicule de quinze ans. Le silicone est l’une des rares familles d’élastomères pouvant répondre simultanément aux quatre exigences.
Cet article explique où le silicone gagne réellement dans les batteries, là où il ne l'emporte pas, et quelles propriétés la spécification doit réellement contraindre.
Pourquoi le choix des élastomères se restreint si rapidement
La liste des candidats pour un joint de batterie est courte. L'EPDM, le fluorosilicone, le FKM, le HNBR et le silicone sont des options réalistes.
L'EPDM présente une excellente résistance à l'eau et à la vapeur et un bon coût. Sa température supérieure de service continu se situe autour de 125 degrés à 150 degrés selon le composé, ce qui est marginal par rapport à un pack qui peut voir une température ambiante de 85 degrés plus des points chauds locaux bien au-dessus de cela en cas d'événement thermique.
Le FKM et le fluorosilicone supportent mieux les températures plus élevées et l’exposition aux hydrocarbures, à un coût nettement plus élevé.
Le HNBR se situe entre l'EPDM et le FKM en termes de température et offre d'excellentes performances en fatigue mécanique, c'est pourquoi il reste courant dans les applications de groupe motopropulseur et sous-sous capot.
L'avantage du silicone est la bande passante. Température de service continue dans la plage de 200 degrés pour les qualités standard, jusqu'à environ 250 degrés pour les qualités à haute température, avec rétention d'élasticité jusqu'à moins 50 degrés à moins 60 degrés. Cette fenêtre de fonctionnement couvre l'enveloppe complète de la batterie, y compris la contiguïté en cas d'emballement thermique. Le compromis est la résistance mécanique et la résistance à la déchirure, qui sont inférieures à celles de l'EPDM ou du HNBR, et le prix, qui se situe au-dessus de l'EPDM.
La conséquence technique : le silicone l'emporte là où la fenêtre de température et les exigences en matière de flamme dominent. Il perd lorsque le joint est exposé à un fluide hydraulique à haute pression, au contact d'un hydrocarbure concentré ou lorsque la résistance à la déchirure sous des bords métalliques tranchants constitue la contrainte la plus contraignante.
Qualités d'étanchéité en silicone et emplacement de chacune
Le scellement du bloc de batterie utilise deux voies de silicone distinctes.
LSR pour joints moulés par injection.Le caoutchouc de silicone liquide convient aux géométries de joints complexes, aux -joints surmoulés sur des supports en plastique ou en métal et à la production en grand volume. Les temps de cycle s'effectuent en dizaines de secondes, la répétabilité dimensionnelle est étroite et la faible viscosité permet le moulage de perles d'étanchéité et de fines sections de lèvres. Le surmoulage LSR-sur un support en polyamide ou PBT est désormais une architecture de pack courante car il élimine l'étape de placement manuel du joint sur la chaîne d'assemblage.
HTV pour joints profilés et extrudés.Le caoutchouc de silicone solide convient aux longs profils d'étanchéité extrudés, aux joints moulés par compression pour les conceptions de boîtiers existantes et aux sections transversales plus grandes. Le coût de l'outillage est bien inférieur à celui du LSR, ce qui est important pour les variantes à faible volume ou en pack prototype. Les profils extrudés sont découpés et vulcanisés en boucles fermées.
Une troisième voie consiste à utiliser du silicone liquide distribué sous la forme d'un joint formé sur place--, durci par la chaleur ou par l'humidité ambiante dans une variante de durcissement par condensation. Formé-sur place-convient aux enceintes avec des chemins d'étanchéité longs et irréguliers.
Les propriétés qui régissent réellement les performances du pack
Compression réglée à la température
Il s'agit de la propriété la plus importante et la plus souvent sous--spécifiée. Un joint qui prend du jeu cesse de repousser contre la surface d'étanchéité, la force d'étanchéité diminue et le pack perd son indice de protection IP67.
La référence du test est la méthode B ASTM D395, où un échantillon est comprimé à 25 pour cent et vieilli à température pendant une durée définie. Pour le fonctionnement des batteries, les conditions de vieillissement pertinentes sont généralement de 70 heures à 100 degrés, 125 degrés ou 150 degrés, et de plus en plus de 168 heures ou 1 000 heures pour les programmes qui modélisent la durée de vie du véhicule.
Comportement typique : les qualités LSR et HTV durcies au platine-dans la plage de 40 à 60 Shore A présentent généralement une déformation rémanente par compression dans la bande de 15 à 35 % après 70 heures à 150 degrés, avec une large variation selon la formulation. Les qualités haute température dotées de systèmes de réticulation optimisés poussent vers l’extrémité inférieure. Les qualités standard à usage général à 70 heures/100 degrés se situent généralement dans la plage de 20 à 30 pour cent.
Une règle de spécification pratique consiste à indiquer la compression maximale définie à la température soutenue la plus élevée de votre sac pendant 70 heures, et séparément lors de votre nombre de cycles thermiques.
Ignifuge
Les matériaux d'emballage doivent de plus en plus répondre à la norme UL 94 V-0 à une épaisseur définie et contribuer au confinement des incendies conformément à la norme GB 38031 en Chine et aux normes nationales équivalentes ailleurs. Brûlures au silicone standard. Le silicone durci au platine avec des retardateurs de flamme ajoutés atteint la norme UL 94 V-0, mais les additifs augmentent la dureté, réduisent l'allongement, augmentent la déformation rémanente à la compression et augmentent les coûts. La dureté réalisable dans une qualité V-0 commence généralement à être supérieure à celle d'une qualité à usage général non chargée.
Énoncez précisément l’exigence. UL 94 V-0 à quelle épaisseur, avec quel conditionnement, testé par quel laboratoire.
Rigidité diélectrique
La rigidité diélectrique du silicone est généralement comprise entre 20 et 30 kV par mm pour les qualités standard, avec une résistivité volumique comprise entre 10 ^ 14 et 10 ^ 16 ohms cm. Cela est important pour les joints qui relient une barre omnibus haute tension ou une interface de connecteur, où le joint sert également de barrière d'isolation. Les références des spécifications sont CEI 60243 et ASTM D149.
Conductivité thermique
Le silicone standard est un isolant thermique d’environ 0,2 W par mètre Kelvin. Les matériaux d'interface thermique en silicone chargé atteignent 1,0 à 6,0 W par mètre Kelvin en fonction de la charge et du type de charge, le nitrure de bore et l'oxyde d'aluminium étant les charges courantes. Il y a un compromis direct. Une charge de charge plus élevée augmente la conductivité et la dureté et réduit l'allongement. Un tampon Kelvin de 3,0 W par mètre se situe souvent dans la plage de 40 à 60 Shore 00 plutôt que Shore A, car la charge de charge qui atteint la conductivité rend le matériau trop mou pour être mesuré sur l'échelle Shore A.
Note de conception. Les coussinets thermiques comblent les lacunes. Leurs performances dépendent davantage de la conformabilité et du mouillage de la surface que de l'indice de conductivité globale. Un tampon plus souple à faible conductivité surpasse souvent un tampon plus rigide à conductivité plus élevée sur une surface rugueuse ou déformée.
Comparaison des qualités de silicone pour les composants du bloc-batterie
| Propriété | GP LSR / HTV | Silicone haute température | Silicone V-0 ignifuge | Coussin thermique en silicone |
|---|---|---|---|---|
| Température de service continue | environ. 200 degrés | environ. 250 degrés | environ. 150-200 degrés | environ. 150-200 degrés |
| Jeu de compression, 70 h à 150 degrés | 25 à 35 pour cent typique | 15 à 25 pour cent typique | 25 à 40 pour cent typique | Moins pertinent, comble les lacunes |
| Plage de dureté | 20–80 rive A | 30–70 rive A | 40–70 rive A | 20–60 rive 00 |
| Conductivité thermique | environ. 0.2 W/m·K | environ. 0.2–0,3 W/m·K | environ. 0.2–0,4 W/m·K | 1.0–6.0 W/m·K |
| Rigidité diélectrique | 20 à 30 kV/mm | 20 à 30 kV/mm | Plus bas, les charges le réduisent | Plage de 10 à 20 kV/mm |
| Classement UL 94 | Non classé, brûle | Non noté | V-0 réalisable à une épaisseur définie | V-0 disponible |
| Utilisation typique du pack | Joint de boîtier, joint d'évent | Adjacence de point chaud, joint de jeu de barres | Joint du couvercle du module et du pack | Espace entre le module et la plaque de refroidissement |
Les valeurs sont des plages typiques pour les familles de qualités et non des spécifications pour un seul produit. Chaque ligne doit être remplacée par des données mesurées sur la qualité spécifique et dans des conditions spécifiques.
Règles de conception pour le scellage des emballages qui survivent à la validation
Conçu pour la compression définie, pas pour la compression initiale.Si le joint est réglé à 30 % en fin de vie, la profondeur de la rainure et la hauteur du cordon doivent fournir une force d'étanchéité à la hauteur réduite. Calculez la force d'étanchéité à la hauteur de compression vieillie, et non à la hauteur telle que-moulée.
Gardez la section transversale des perles généreuse.La compression combinée à un cordon fin ne laisse aucune marge. Une hauteur de cordon de 2,0 mm à 3,0 mm offre une plage de compression plus utile qu'un cordon de 1,0 mm pour la même rainure.
Évitez les bords tranchants sous le sceau.Le silicone a une résistance à la déchirure modeste par rapport à l'EPDM ou au HNBR. Un bord métallique estampé avec une bavure coupera un sceau qui autrement passerait tous les tests de laboratoire. Spécifiez un rayon ou ajoutez une lèvre de protection.
Contrôler le taux de compression.L’objectif typique est une compression de 20 à 30 pour cent pour les joints d’étanchéité en silicone. En dessous de 15 pour cent, il n’y a aucune tolérance pour la dilatation thermique du boîtier. Au-dessus de 40 %, le joint est trop sollicité- et sa prise s'accélère.
Tenir compte de la dilatation thermique différentielle.Un boîtier en aluminium et un joint en silicone se dilatent à des rythmes très différents sur une oscillation de 125 degrés. La longueur du trajet du joint et la conception de la rainure doivent s'adapter à ce mouvement sans cisailler le cordon.
Spécifiez des niveaux de faible volatilité pour les volumes fermés.Les espèces de silicone volatiles dégazées à l’intérieur d’un emballage scellé peuvent se condenser sur des surfaces froides et affecter les connecteurs électriques. Les grades post-à faible volatilité résolvent ce problème. Demandez des données de contenu volatiles.
Cadre de conformité pour le silicone pour batteries automobiles
Les composants des packs de silicone sont spécifiés selon une chaîne de conformité qui commence par les exigences du fabricant d'équipement d'origine du véhicule et se termine au niveau des matériaux.
Inflammabilité.UL 94 V-0 à une épaisseur définie, plus les exigences spécifiques du fabricant d'équipement d'origine en matière de confinement des incendies. Les normes nationales de sécurité des batteries telles que GB 38031 en Chine et les réglementations équivalentes sur d'autres marchés fixent les exigences en matière de niveau de pack.
Électrique.CEI 60243 et ASTM D149 pour la rigidité diélectrique, ASTM D257 pour la résistivité volumique.
Environnemental.Déclaration REACH SVHC, RoHS et, de plus en plus, contrôle des restrictions PFAS. Le cadre européen des véhicules en fin de vie-de-vie continue de resserrer les déclarations matérielles.
Mécanique.ASTM D412 pour la résistance à la traction et l'allongement, ASTM D395 Méthode B pour la déformation rémanente à la compression, ASTM D624 pour la résistance à la déchirure.
Systèmes de qualité automobile.Attentes de la chaîne d'approvisionnement IATF 16949, documentation PPAP et, pour de nombreux programmes OEM, soumission des données matérielles IMDS.
Faible volatilité.Limites de dégazage spécifiques aux constructeurs, souvent indiquées sous la forme d'un seuil de perte de masse totale à une température définie.
Un fournisseur qui ne peut pas fournir de données matérielles prêtes pour IMDS- ralentira votre soumission, quelles que soient les performances matérielles.
Où le silicone est la mauvaise réponse dans une batterie
Liste de limitations honnête.
Circuits hydrauliques ou de refroidissement haute pression où le joint est un joint dynamique sous pression. La résistance mécanique et la résistance à l’extrusion correspondent au HNBR ou au FKM
Contact direct et soutenu avec des carburants à base d'hydrocarbures concentrés ou des liquides de refroidissement agressifs à base d'esters-sans étude de compatibilité validée
Scellement des bords tranchants dans un environnement à fortes vibrations avec un support de rainure minimal
Applications où le coût unitaire le plus bas possible domine et où la fenêtre de température est bénigne. L'EPDM bat le silicone en termes de coût dans cette enveloppe
Le silicone est la valeur par défaut pour le joint du boîtier et l'interface thermique. Ce n'est pas la valeur par défaut pour tous les élastomères du véhicule.
Où ANYSIL s’adapte
ANYSIL produit du silicone solide LSR et HTV à polymérisation au platine-à partir d'une usine de Guangzhou utilisant des systèmes de qualité ISO 9001, avec une capacité mensuelle supérieure à 300 tonnes sur les deux lignes et 15 personnes techniques de R&D pour le développement de composés. Les qualités automobiles et les nouvelles énergies peuvent être formulées pour des cibles de compression à 150 degrés, pour des indices de flamme UL 94 V-0 et pour une conductivité thermique dans la bande Kelvin de 1,0 à 6,0 W par mètre. La prise en charge de la documentation couvre les données matérielles REACH SVHC, RoHS, IMDS et les rapports de tests spécifiques aux OEM préparés par programme.
Envoyez la section transversale du joint, le profil de température de fonctionnement, la cible de compression et les exigences en matière de flamme. L'équipe technique vous renverra une recommandation de qualité avec des données de jeu de compression selon vos conditions et un itinéraire d'outillage pour le surmoulage LSR ou l'extrusion de profil HTV.
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