Fixations pour véhicules électriques : non magnétiques et résistantes aux UV.

Les composants mécaniques des véhicules électriques sont des attaches, des rondelles et des fixations de précision conçus pour répondre à quatre contraintes qui importaient peu dans la conception traditionnelle des voitures ICE : isolation haute tension (HT), faible perméabilité magnétique, résilience aux cycles thermiques et objectifs de poids en grammes.

Chaque fixation à l'intérieur d'un véhicule électrique moderne répond à au moins l'une de ces contraintes. C'est pourquoi les fixations destinées aux applications des véhicules électriques ont fortement divergé par rapport à leurs équivalents pour moteurs à combustion au cours de la dernière décennie. Un boulon mal spécifié au niveau de la batterie, de la barre omnibus ou de l'onduleur peut dégrader l'efficacité, compromettre la sécurité ou annuler la certification.

Ce guide décrit les composants de fixation pour véhicules électriques que les ingénieurs de conception spécifient le plus souvent, les décisions relatives aux matériaux qui les sous-tendent, ainsi que les gammes Accu et les produits qui les fournissent, avec une perspective axée sur la production éclairée par les travaux de développement du sport automobile.

Contenu :

• Différences entre les fixations dans les moteurs à combustion et les véhicules électriques

• Assemblage du bloc-batterie : composants sous charge, tension et chaleur

• Assemblage de barres omnibus : là où la mécanique rencontre l'électrique

• Infrastructure de recharge : conçue pour l'extérieur, conçue pour durer

• Fixations du moteur, de l'onduleur et de la transmission

• De l'étudiant en Formule 1 à la production : ce que nous apprend la course électrique

• La gamme de composants mécaniques pour véhicules électriques d'Accu en un coup d'œil

Différences entre les fixations dans les véhicules électriques et les moteurs à combustion.

Les spécifications des fixations à combustion sont dominées par la chaleur, les vibrations et la répétabilité du couple, des défis techniques mûrs associés à des solutions bien comprises. Les quatre contraintes relatives aux véhicules électriques, à savoir l'isolation haute tension (HT), la faible perméabilité magnétique, la résilience aux cycles thermiques et les objectifs de poids en grammes modifient les matériaux et les grades que les ingénieurs recherchent en premier, même lorsque la géométrie du joint semble identique à celle d'un équivalent de combustion.

La différence pratique dans le choix des fixations se reflète dans le choix du matériau.

• Un moteur à combustion a rarement besoin d'un verrou non magnétique ; un module de batterie pour véhicule électrique les spécifie par défaut à proximité du système de gestion de la batterie.

• Un collecteur d'échappement ICE donne la priorité à la résistance à la chaleur ; une barre omnibus EV donne la priorité à la continuité électrique pendant le fonctionnement, ainsi qu'à la résistance à la corrosion contre le sel et l'humidité.

• Lorsqu'un moteur à combustion peut faire fonctionner 8,8 boulons génériques sur la moitié de son assemblage, un EV spécifie 12,9 pour les joints critiques pour le serrage, l'acier inoxydable BUMAX pour les positions structurelles non magnétiques et le titane de grade 5 où la masse rotative ou le poids critique pour l'autonomie domine.

Chaque sous-système est régi par une contrainte dominante différente : isolation au niveau de la batterie, densité de courant au niveau de la barre omnibus, résistance aux intempéries au niveau du chargeur et poids au niveau de la transmission. Les sections qui suivent abordent tour à tour chaque contrainte technique en relation avec un exemple de zone spécifique sur un véhicule électrique.

Assemblage du bloc-batterie : composants sous charge, tension et chaleur.

Les ensembles de blocs-batteries combinent trois exigences mécaniques qui coïncident rarement ailleurs : une force de serrage précise sur les cellules qui gonflent avec l'état de charge, une isolation électrique entre des centaines de connexions sous tension et une neutralité magnétique à proximité du système de gestion de la batterie (BMS) et des capteurs de courant. Chaque attache de batterie de véhicule électrique doit satisfaire à ces trois critères avant de trouver sa place dans l'assemblage.

Les composants des batteries de voitures électriques sont spécifiés en fonction de l'ensemble des contraintes, et pas seulement de la contrainte dominante. Par exemple, un boulon en acier de 12,9 avec une précharge parfaite n'est toujours pas la bonne pièce à côté d'un capteur à effet Hall car son ferromagnétisme déforme le champ magnétique de détection du courant.
La discipline de fixation des batteries pour véhicules électriques consiste à s'assurer que les fixations sélectionnées répondent à toutes les exigences mécaniques, et pas seulement aux exigences principales.

L'acier inoxydable à faible perméabilité magnétique appartient à la gamme BMS.

L'acier inoxydable A4 (316 marine) est le choix par défaut pour les fixations non magnétiques situées à proximité du BMS, les capteurs de courant à effet Hall et les résistances de shunt.

À l'état recuit en solution, l'acier inoxydable A4 se situe bien en dessous du seuil de 1,01 µr (perméabilité relative) que les ingénieurs spécifient généralement pour la proximité des capteurs, ce qui lui confère une résistance exceptionnelle au magnétisme au fil du temps.

Cette résistance est importante car l'acier inoxydable austénitique n'est pas automatiquement non magnétique. Le travail à froid pendant le laminage ou l'installation augmente la perméabilité de manière mesurable et le grade A2 se déplace davantage que le grade A4 sous les mêmes contraintes. Lorsque les interférences magnétiques à proximité des capteurs ne sont pas négociables, le A4 conserve une perméabilité inférieure à celle du A2 travaillé à froid. Les variantes en acier inoxydable BUMAX couvrent les applications qui nécessitent également une précharge de classe 12,9.

Contrôle de la force de serrage et du couple dans les modules de batterie.

La force de serrage maintient la pile de modules de batterie comprimée afin que les cellules, les plaques de refroidissement et les barres omnibus ne puissent pas se déplacer en cas de vibrations, de chocs ou de cycles thermiques. Cette force provient de la précharge du boulon. Dans les tailles M6 à M10, 12,9 vis à tête cylindrique à haute résistance conformes à la norme DIN 912 fournissent la précharge la plus élevée par diamètre. Lorsqu'une résistance à la corrosion ou une faible signature magnétique sont nécessaires, BUMAX offre une classe de précharge comparable dans un acier inoxydable austénitique.

Le couple à lui seul peut ne pas être fiable. Le frottement du fil varie en fonction du placage et du lubrifiant, ce qui signifie qu'une partie du couple appliqué est consommée par ce frottement au lieu d'être convertie en tension du boulon. Le serrage couple-rendement (TTY) résout ce problème en étirant le boulon au-delà de sa limite d'élasticité, produisant ainsi une précharge répétable indépendante du coefficient de friction.

Lorsque le TTY n'est pas spécifié pour un module de batterie, un revêtement fileté à friction contrôlée tel que AccuLock, Precote 80 ou Anu-Lok 180 associé à un serrage contrôlé basé sur le couple réduit la fenêtre d'étalonnage.

Lave-épaules en nylon 66 pour isolation haute tension.

Ce que l'industrie des véhicules électriques appelle les laveuses à isolation thermique, Accu les répertorie sous le nom de laveuses à épaules en nylon 66. La pièce possède deux surfaces isolantes : une bride qui se trouve sous la tête du boulon et l'isole de la face du conducteur et un manchon traversant le trou de dégagement qui isole la tige du boulon de l'alésage du conducteur. Ensemble, ils interrompent les deux trajets de court-circuit au niveau du joint. Le nylon 66 résiste aux acides, aux huiles, aux graisses et aux produits chimiques industriels typiques des boîtiers de batteries.

Ils sont généralement équipés d'une rondelle plate standard jumelée sur la face arrière pour une isolation des deux côtés, ou d'une vis à tête cylindrique entièrement en nylon, polycarbonate ou PEEK, où l'ensemble de la fixation doit être non conductrice. Les positions typiques incluent les terminaisons de la barre omnibus, les supports BMS et les fixations de circuits imprimés à l'intérieur de l'accumulateur haute tension.

Compression cellulaire avec piles de laveuses Belleville.

Les cellules de la poche de la batterie gonflent pendant la charge et rétrécissent pendant la décharge. Le module de batterie doit absorber ce changement dimensionnel sans perdre la pression de contact ni écraser la cellule.

Une rondelle ordinaire ne peut pas s'adapter de cette façon : une fois serrée, elle n'a plus de course. Une laveuse Belleville est équipée d'un ressort qui emmagasine la précharge lorsqu'elle est déviée et la relâche lorsque la cellule respire, afin de maintenir le module entre 100 et 300 kPa environ pendant la durée de vie de la batterie.

Accu propose des rondelles Belleville conformes à la norme DIN 6796 en acier inoxydable A2 et acétal, mesures métriques M3—M24, avec une tolérance d'épaisseur de ±0,13 mm. Les variantes en acétal conviennent aux positions nécessitant une compression non métallique à proximité des bornes HV.

Pelles à laver Belleville

Les rondelles Belleville sont uniques en raison de leur comportement lorsqu'elles sont empilées ; une même rondelle peut offrir un déplacement plus souple ou un serrage plus rigide en fonction de la façon dont elle est orientée par rapport à ses voisines.

 

 

 

En série : lorsque les rondelles sont inclinées dans des directions alternées, chaque rondelle fléchit indépendamment sous la même charge appliquée. La déformation double à peu près par rondelle ajoutée à la pile tandis que la charge reste constante, ce qui permet au joint de se déplacer plus facilement et d'étendre sa plage de travail. Il s'agit de la bonne disposition lorsque le joint boulonné doit absorber plus de changements dimensionnels que ce qu'une seule rondelle pourrait supporter, tels que des variations de température plus importantes ou des cellules présentant un gonflement plus important au cours de leur cycle de charge.

 

 

 

 

 

 

 

En parallèle : lorsque les rondelles sont imbriquées de la même manière, la pile agit comme une seule rondelle plus épaisse avec une raideur de ressort plus élevée. La charge double à peu près par rondelle ajoutée tandis que la flexion reste constante, ce qui donne un serrage plus rigide et une force de maintien plus élevée. Cela convient aux joints où la rétention de la précharge est la priorité et où le changement dimensionnel absorbé est faible, comme les joints de barres omnibus soumis à un cycle thermique.

Assemblage de barres omnibus : là où la mécanique rencontre l'électrique.

Les joints de barres omnibus sont des éléments de fixation structuraux qui doivent également transporter du courant, ce qui signifie que les choix de matériau, de finition et de serrage interagissent tous avec la résistance et la génération de chaleur pendant toute la durée de vie du pack. Un boulon de la barre omnibus correctement serré le premier jour peut encore faire échouer le pack des milliers de cycles plus tard si la force de contact s'est relâchée ou si de la corrosion s'est infiltrée.

Corrosion bimétallique entre les barres omnibus en aluminium et en cuivre.

L'aluminium et le cuivre se situent à environ 0,5 V l'un de l'autre sur l'échelle galvanique, un classement électrochimique qui répertorie les métaux en fonction de la facilité avec laquelle ils cèdent des électrons en présence d'un électrolyte. Plus l'écart de tension entre deux métaux sur la balance est large, moins le métal noble se corrode de manière agressive lorsqu'il se touche dans un environnement humide. Lorsque l'humidité ou le sel forment un pont entre l'aluminium et le cuivre, cet écart de 0,5 V fait passer un faible courant dans le joint. L'aluminium devient l'anode et se dissout ; le cuivre est protégé en tant que cathode. Il en résulte une oxydation à l'interface, une augmentation de la résistance de contact, un échauffement localisé et finalement un circuit ouvert. L'humidité de l'emballage, le sel pulvérisé sur les routes et la condensation provenant des cycles thermiques accélèrent tous la réaction.

Deux mesures d'atténuation sont utiles pour éviter cela.
Tout d'abord, rompez le couple de matériaux au niveau de la face de contact ; le placage d'étain ou de nickel sur la barre omnibus ou plus facilement sur la tête du boulon signifie que l'aluminium et le cuivre ne se rencontrent jamais directement.
Deuxièmement, isolez l'attache elle-même. Une rondelle d'épaule en nylon 66 et un manchon en nylon empêchent la tige du boulon de toucher les deux conducteurs et une rondelle d'étanchéité liée à l'EPDM située sous la tête empêche la pénétration d'humidité au niveau de la face du joint.

Ces deux mesures sont des additifs et non des alternatives et les packs de production utilisent généralement les deux, associés à d'autres considérations de conception.

Rondelles Belleville pour la rétention de la force de contact.

Les barres omnibus se détendent pour une raison différente de celle des cellules de batterie.
Les cellules gonflent comme indiqué précédemment, tandis que les barres omnibus circulent thermiquement sous la charge de courant, se dilatant à mesure qu'elles chauffent et se relâchent lorsqu'elles se refroidissent. La boucle de défaillance est bien documentée et se renforce d'elle-même : la charge de la pince de fixation diminue avec le temps, ce qui entraîne une augmentation de la résistance de contact, une augmentation de l'échauffement, un ramollissement du joint et une détérioration de l'ensemble de la barre omnibus.

Une pile de laveuses Belleville aide à briser la boucle en maintenant la force axiale sur sa face de flexion fonctionnelle, aidant ainsi le joint à maintenir la précharge pendant que le métal respire. Le choix du produit au niveau de la barre omnibus dépend de la taille du boulon et de l'environnement. Belleville en acier inoxydable A2 peut gérer des emballages fermés.

Pour les blocs-batteries secs et fermés, les rondelles Belleville en acier inoxydable A2 couvrent la gamme structurelle standard des fixations métriques. Pour les terminaisons plus petites, où la taille des boulons est inférieure à celle de la gamme Belleville, les rondelles à ressort à disque d'Accu en acier inoxydable A4 (316) prennent le relais. Le grade A4 augmente la résistance à la corrosion aux extrémités exposées à l'humidité ou au sel, dans les mêmes conditions que celles qui entraînent la corrosion bimétallique ailleurs sur la barre omnibus.

Choix du matériau et du placage pour les boulons de barre omnibus.

Un boulon de barre omnibus supporte deux charges à la fois : une précharge mécanique qui maintient le joint et un courant électrique traversant le corps du boulon lorsque les faces de contact se relâchent. Le choix des matériaux permet de trouver l'équilibre entre les deux.

L'acier inoxydable A4 (316) résiste à la corrosion dans les emballages humides ou exposés au sel, mais sa résistivité est environ 40 fois supérieure à celle du cuivre. Il contribue donc de manière significative au chauffage des joints à un courant élevé.
L'acier à haute résistance 12,9 fournit la précharge la plus élevée par diamètre pour les joints structuraux des barres omnibus, mais l'acier nu s'oxyde au niveau de la face de contact et nécessite un placage de nickel ou d'étain pour transporter le courant proprement.

Le choix du placage définit ensuite le couple de serrage. Différents revêtements modifient le frottement à l'interface du filetage, ce qui modifie la part du couple appliqué convertie en précharge réelle du boulon plutôt que d'être perdue à cause du frottement. Les tableaux de couple publiés supposent un placage et un facteur K spécifiques, de sorte que les facteurs K lubrifiés ou assemblés à sec sont normalement indiqués directement sur le dessin du joint.

Infrastructure de recharge : conçue pour l'extérieur, conçue pour durer.

Le matériel d'infrastructure de recharge pour véhicules électriques est conçu pour les environnements d'exploitation les plus rudes : exposition aux UV, pluie, brouillard salin, cycles de gel-dégel et impacts mécaniques, souvent sur une durée de vie prévue de 20 ans. Les fixations EV sont sélectionnées ici autant pour leur comportement d'étanchéité du boîtier que pour leur résistance à la traction et leurs propriétés isolantes.

Fixations en polymère résistant aux UV.

Le nylon standard se fragilise en cas d'exposition prolongée aux ultraviolets (UV), affaiblissant le polymère et provoquant des microfissures à la surface. Il en résulte que l'attache perd sa résistance à la traction bien avant qu'elle ne commence à se dégrader.

La sélection correcte de la qualité du matériau permet de résoudre ce problème.

• Le PA66 (Nylon 66) surpasse le PA6 en termes de stabilité aux UV pour les aménagements extérieurs, y compris les infrastructures de recharge.

• Le PEEK et le PPS supportent des cycles continus à haute température et des contacts chimiques agressifs, tels que des éclaboussures d'électrolyte ou des conduites de liquide de refroidissement.

• Le polycarbonate conserve sa résistance aux chocs à basse température mieux que le nylon, ce qui est important pour les unités de recharge destinées aux climats froids.

• Le RENY (PA rempli de verre) est utilisé là où la résistance métallique est requise sans conductivité.

L'inflammabilité est tout aussi importante. L'UL 94 est la norme des Underwriters Laboratories qui classe la façon dont les plastiques réagissent à une petite flamme. Une cote de V-0 correspond à leur indice de combustion verticale le plus élevé, ce qui signifie que le polymère s'éteint automatiquement en 10 secondes et ne laisse pas couler de matière inflammable. V-0 est la référence pour charger le matériel adjacent à des conducteurs sous tension. Le PEEK répond à la norme V-0 par défaut ; le nylon et le polycarbonate doivent être formulés spécifiquement pour cette classification, en fonction de l'utilisation. Vérifiez donc toujours la classification UL de vos fixations ou parlez-en à nos ingénieurs.

Rondelles d'étanchéité pour l'intégrité du boîtier.

Un indice de protection IP 67 exige qu'un assemblage survive à une immersion temporaire dans l'eau. Cette classification s'applique non seulement à l'étanchéité générale du boîtier, mais également à celle de toutes les fixations pénétrantes. Les rondelles d'étanchéité en acier inoxydable 18-8/304 avec un anneau en caoutchouc EPDM collé se déforment sous l'effet du couple et s'infiltrent dans les irrégularités de surface à la fois sur la tête du boulon et sur la face correspondante pour créer un joint étanche.

L'EPDM résiste à l'ozone, à l'exposition aux UV et aux fluides à base d'eau, notamment le liquide de refroidissement, le lave-glace, le nettoyant pour freins et les aérosols chargés de sel, ce qui en fait le composé par défaut pour les entrées de charge, les couvercles de boîtiers de jonction et les boîtiers de chargeurs intégrés. L'EPDM ne fonctionne pas bien contre les carburants, les huiles minérales ou les solvants hydrocarbonés.
Les boulons en acier inoxydable A4 (316), lorsque le brouillard salin est un problème, ou les variantes en PEEK/polycarbonate, où le boulon lui-même doit être isolé électriquement, constituent une combinaison appropriée pour les véhicules électriques pour les rondelles d'étanchéité.
Lorsque vous travaillez avec des rondelles d'étanchéité, il est essentiel de serrer la fixation conformément aux spécifications du fabricant de la rondelle, et non à celles du boulon, car une compression excessive fixe définitivement l'EPDM et peut entraîner des fuites lors du prochain cycle d'entretien.

Fixations du moteur, de l'onduleur et de la transmission.

Les ensembles moteur, onduleur et transmission imposent un ensemble de contraintes différent aux fixations par rapport au matériel de batterie ou de barre omnibus. Ici, le problème dominant est la masse et plus particulièrement sa position, car la masse en rotation affecte l'accélération, la réponse au freinage et la précision de la direction, contrairement à la masse statique. Le cycle thermique et les vibrations s'ajoutent au poids en tant que contraintes secondaires et la bonne fixation doit équilibrer les trois.

Titane de grade 5 pour la masse rotative et structurale

Le titane de grade 5 (Ti-6Al-4V) est la spécification par défaut pour laquelle l'économie de poids est la plus importante. Il s'agit de la solution idéale pour les fixations des moteurs des véhicules électriques. À des résistances à la traction supérieures à 895 MPa et à environ 40 % de la densité de l'acier, une vis en titane fournit une précharge comparable à celle de l'acier inoxydable à une fraction de l'inertie de rotation. Les montants de suspension, les moyeux de roue, les supports d'étriers de frein et les attaches structurelles du moteur sont les domaines d'application typiques. L'avantage de coût par rapport à l'acier inoxydable exclut le titane en tant que fixation de transmission à usage général, mais pour tout joint où une masse rotative ou non suspendue affecte directement les performances, le poids économisé permet de récupérer rapidement la prime.

Aluminium 7075 T6 pour boîtiers et supports structurels statiques

L'aluminium 7075 T6 de qualité aérospatiale couvre le deuxième niveau des applications critiques en termes de poids, où le joint est structurel mais pas rotatif. Les boîtiers d'onduleurs, les capots de moteur, les fixations du boîtier de boîte de vitesses et les supports d'accessoires sont des positions typiques.
La désignation T6 fait référence à un processus de traitement thermique qui amène l'alliage à une résistance maximale, suivi d'un traitement en solution, qui double à peu près la résistance de l'aluminium. Le résultat est une attache qui maintient les filetages proprement lors de montages et de désassemblages répétés, ce qui est important pour les panneaux d'accès et les boîtiers en état de service où une qualité d'aluminium plus souple risque de s'écailler ou de se déchirer.

Protection contre les vibrations et les cycles thermiques

Les articulations du groupe motopropulseur sont situées plus près de la source de vibration que presque toutes les autres positions de fixation du véhicule. Le moteur, la boîte de vitesses, le freinage régénératif et l'entrée de la route transmettent des oscillations continues à haute fréquence aux assemblages boulonnés environnants, ainsi que des cycles thermiques dus aux pertes de commutation de l'onduleur et à la chaleur du moteur.
Lorsque les pinces de la batterie se desserrent sous l'effet du gonflement des cellules et que les boulons de la barre omnibus se relâchent sous l'effet de la dilatation thermique du conducteur, les boulons de la transmission se desserrent par pure micro-rotation : chaque oscillation fait reculer le boulon de manière fractionnée et l'effet cumulatif déroule le joint sur des milliers de cycles.

Les composés filetants préappliqués constituent le compteur standard, la sélection étant fonction de la température maximale soutenue du joint : AccuLock pour le fonctionnement à température ambiante et à chaud, Anu-Lok 180 pour la bande centrale et Precote 80 jusqu'à environ 200 °C aux positions adjacentes à l'onduleur et au moteur.

Les écrous en nyloc peuvent gérer les cas géométriques que les composés pré-appliqués ne peuvent pas résoudre : les joints boulonnés traversants où le boulon est fixé selon la géométrie de l'assemblage et seul l'écrou est accessible au couple final. Un exemple typique est un support de moteur où le boulon passe à travers un support de châssis et serre le boîtier du moteur sur la face opposée ; la tête du boulon est coincée contre le support et ne peut pas être réparée, la fonction de verrouillage doit donc se situer du côté de l'écrou.

De l'étudiant en Formule 1 à la production : ce que nous apprend la course électrique.

Les programmes Formula Student EV regroupent des décennies d'apprentissage sur les véhicules électriques de production en un cycle de construction d'un an, ce qui en fait un terrain d'essai utile pour la spécification des fixations.
La voiture de course électrique USM23 de l'équipe de l'université de Strathclyde Motorsport en est un bon exemple, comme le montre l'étude de cas Strathclyde USM23. La conception de leur accumulateur utilise les fixations en nylon d'Accu spécialement pour le rôle d'isolation UV, un modèle de spécification devenu standard pour les fixations pour véhicules électriques au niveau des cellules, des modules et des packs.

« Les fixations en nylon électriquement isolantes d'Accu sont indispensables au montage de composants critiques pour la sécurité dans notre batterie haute tension. Comme ils sont isolants, ils nous permettent de tout sécuriser en toute sécurité sans risque de court-circuit, protégeant ainsi le conducteur et toutes les personnes impliquées. »

Taylor Phillips,
responsable des accumulateurs à l'université de Strathclyde Motorsport.

Le point à retenir est que la conception des batteries de production pour véhicules électriques présente les mêmes problèmes de spécification fondamentaux que l'accumulateur USM23, mais à une échelle et une durée de vie différentes. Les budgets de poids, l'isolation UV, la neutralité magnétique et la discipline de préchargement se traduisent directement de la course à la production.

La gamme de composants mécaniques pour véhicules électriques d'Accu en un coup d'œil.

Chaque composant dispose d'un modèle CAO 3D gratuit sur sa page produit et, lors de l'achat, d'un certificat de conformité en standard, fournissant aux équipes de conception la documentation nécessaire à la certification de sécurité HV, du prototype à la production.

Pour les versions britanniques et américaines, AccuPro permet une livraison express illimitée pour chaque commande, grande ou petite. Les composants en stock sont expédiés le jour même pour les commandes de prototypage de véhicules électriques classiques, ce qui signifie qu'une spécification d'un boulon A2 au BUMAX, ou de l'acier inoxydable au titane grade 5, coûte rarement plus d'une journée dans le calendrier de fabrication. En tant que l'un des principaux fournisseurs de composants pour voitures électriques, Accu dispose d'une gamme complète de fixations pour véhicules électriques en stock pour les applications de batterie, de barre omnibus, de recharge et de transmission.

Conclusion : fixations pour véhicules électriques.

Pour résumer notre parcours en matière de spécifications des fixations pour véhicules électriques : les quatre contraintes que sont l'isolation haute tension, la faible perméabilité magnétique, la résilience aux cycles thermiques et l'efficacité du poids modifient le choix des matériaux pour chaque sous-système, du bloc-batterie à la barre omnibus en passant par le boîtier de charge.

L'obtention de spécifications précises au niveau des fixations est ce qui permet de garantir la sécurité, l'efficacité et la certification des véhicules électriques de production pendant une durée de vie de 20 ans. En tant que fabricant de fixations pour voitures électriques et fournisseur de composants de précision basé au Royaume-Uni, Accu propose la gamme complète des véhicules électriques à partir d'un catalogue unique avec des téléchargements CAO 3D gratuits et un certificat de conformité en standard.

Lectures complémentaires.

• Quelles sont les causes de la corrosion galvanique et comment puis-je l'éviter ?

• Que sont les classifications IP ?

• Guide de l'ingénieur sur les grades de titane

Questions fréquemment posées.

Q : Quelles sont les différences entre les fixations des moteurs à combustion et celles des véhicules électriques ?

R : Les fixations pour véhicules électriques imposent quatre contraintes en plus des spécifications de combustion : isolation haute tension, faible perméabilité magnétique, cyclage thermique sous charge de courant et objectifs de poids déterminés par l'autonomie.
Les modèles de combustion donnent la priorité à la résistance à la chaleur et aux vibrations ; les véhicules électriques sont dotés de capteurs de proximité non magnétiques A4 ou en acier inoxydable BUMAX, de rondelles d'épaulement en nylon 66 pour les joints HV et de titane grade 5 pour les assemblages rotatifs à poids critique.

Q : Toutes les fixations en acier inoxydable sont-elles non magnétiques ?

R : Non. Les grades austénitiques tels que A2 et A4 (316) présentent une faible perméabilité magnétique lorsqu'ils sont recuits en solution, mais le travail à froid par emboutissage, laminage ou usinage augmente la perméabilité de manière mesurable. Le A4 conserve une perméabilité en cas de déformation inférieure à celle du A2. Lorsque la proximité de capteurs à effet Hall ou d'un système de gestion de batterie est essentielle, spécifiez A4 ou BUMAX et vérifiez la perméabilité telle que fournie sur le certificat du matériau.

Q : Quel est le meilleur matériau pour les boulons de barre omnibus d'une batterie de véhicule électrique ?

R : Cela dépend de l'articulation. L'acier inoxydable A4 convient aux positions exposées à la corrosion où la densité de courant est modérée. L'acier 12,9 à haute résistance nickelé ou étamé fournit la précharge nécessaire aux joints à courant élevé. Spécifiez toujours le placage, la finition de surface et le coefficient de frottement prévu directement sur le dessin.

Q : Comment les laveuses Belleville maintenent-elles leur force de contact lors d'un cycle thermique ?

R : Les rondelles Belleville conformes à la norme DIN 6796 stockent l'énergie élastique sur toute leur plage de flexion de travail. Lorsque le joint se détend à cause de la dilatation thermique ou des vibrations, la rondelle libère l'énergie emmagasinée pour maintenir la charge de serrage axiale. Les piles parallèles augmentent la force de maintien ; les piles en série fournissent un déplacement supplémentaire. Une précharge correcte lors de l'assemblage est essentielle à la performance de la force de contact pendant toute la durée de vie des joints de barres omnibus.

Q : Comment éviter la corrosion galvanique entre les barres omnibus en aluminium et en cuivre ?

R : Plaquer les surfaces de contact avec de l'étain ou du nickel pour rompre le couple galvanique. Utilisez des joints de transition bimétalliques, généralement des bandes d'aluminium-cuivre soudées par friction, où une interface boulonnée directe est inévitable. Isolez les attaches des métaux différents à l'aide de rondelles d'épaule en nylon 66 situées au niveau du joint mécanique. Contrôlez l'humidité et la pénétration de sel grâce à des boîtiers étanches et à des rondelles d'étanchéité liées à l'EPDM.

Q : Pourquoi les lave-épaules en nylon 66 sont-ils utilisés dans les assemblages de batteries haute tension ?

R : Les rondelles d'épaule en nylon 66 isolent électriquement une attache métallique d'une barre omnibus, d'une borne ou d'un support de circuit imprimé sous tension. Le manchon rompt le chemin conducteur au niveau du joint mécanique, empêchant ainsi les courts-circuits aux bornes HT et réduisant le risque de défauts d'arc.

Q : Les fixations en titane de grade 5 conviennent-elles aux modules de batterie pour véhicules électriques ?

R : Oui, pour les applications structurelles critiques en termes de poids. Le titane de grade 5 (Ti-6Al-4V) offre une résistance à la traction supérieure à 895 MPa à environ 40 % de la densité de l'acier, avec une faible signature magnétique et une excellente résistance à la corrosion. Le coût étant plus élevé que celui de l'acier inoxydable, le titane est normalement utilisé pour les accumulateurs de sport automobile, les barres d'attache structurelles et les véhicules électriques de production sensibles au poids plutôt que pour chaque boulon de module.