CSPが革新的な複合材バッテリーケースとハニカムパネル技術を発表

Continental Structural Plastics（CSP、オーバーンヒルズ、ミシガン州、米国）は、親会社の帝人株式会社とともに2020年12月9日、革新的なハニカムClass Aパネル技術と、同社の独自複合材配合で成形可能な先進的なマルチマテリアル電気自動車（EV）用バッテリーケースを発表しました。これらのコンポーネント技術は、ミシガン州オーバーンヒルズにある同社の新しい先端技術センターで開発されました。これは同市でのCSPの第2のR&D施設であり、帝人の買収に続くより広範なR&D能力への移行を示しています。

先端技術センターの設備

新しい先端技術センターは47,500平方フィートの施設で、うち24,000平方フィートが次世代材料とプロセスの開発に専念するR&Dエリアです。CSPと帝人をシートモールディングコンパウンド（SMC）から新しい市場と技術へと進めるためのものです。設備には、レベリングと真空機能付き4,000トンプレス、真空機能付き750トンプレス、10フィートベッド付き400トンプレス、6台のサーモレーター、2台のFANUCロボット、三次元測定機（CMM）が含まれます。

「ここでは、CSPと帝人の熱可塑性・熱硬化性複合材料、炭素繊維、製造における専門知識を活かした技術とプロセスを開発しており、既存および将来の車両プログラムに新たな選択肢を提供します」と新規事業開発・新市場・技術担当エグゼクティブディレクター、Hugh Foran氏は述べます。「自律走行、コネクテッド、電気自動車に必要な主要機能である軽量化、耐久性向上、乗員安全性の向上を同時に実現できます。」

ハニカム製造プロセスとClass Aパネル

先端技術センターでは、新たなR&D活動を実現するためのプロジェクトをいくつか引き受けました。最初のプロジェクトは、CSPの新しいハニカム製造プロセスで、超軽量Class Aパネルを生産します。「サンドイッチ」複合材と見なされるこれらのパネルは、軽量ハニカムコアを、天然繊維、ガラス繊維、または炭素繊維のスキンで覆い、ポリウレタン（PUR）樹脂で含浸させています。CSPによると、このプロセスにより複雑な形状と鋭いエッジの成形が可能になり、非常に高い剛性を極めて低重量で実現するパネルが得られます。

マルチマテリアルEVバッテリーケース

CSPは現在、米国と中国で34種類以上のEVバッテリーボックスカバーの開発と生産を行っています。しかし、製品ラインナップを拡大し、顧客に優れたバッテリーケースを提供するため、CSPと帝人はフルサイズのマルチマテリアルバッテリーケースを開発しました。これは一体成型の複合材カバーと、アルミニウムとスチール補強を持つ一体成型の複合材トレイを特徴としています。

両社によると、自動車メーカーは現在のマルチピース鋼・アルミニウム製EVバッテリーケースで多くの課題に直面しています。ケース全体の重量（通常1,000ポンド以上）、複数の溶接、ファスナー、ボルトの必要性、これらが最終的に漏れを引き起こす可能性があります。カバーとトレイをそれぞれ一体成型することで、CSPはより容易にシールでき、出荷前に認証可能なシステムを構築しました。同社は革新的なボックス組立と締結システムで2件の特許出願中です。

また、構造用フォームを利用したエネルギー吸収マウントフレームも開発しました。これによりフレーム厚と重量を削減しながら衝突性能を向上させています。マルチマテリアルバッテリーケースの追加メリットには以下が含まれます：

• 非導電性
• 複雑な形状に成形可能
• 工具の複雑さが低減
• 高強度
• 寸法安定性
• 成形一体型シール機能
• EMI/RFIシールドなどのシールド機能を成形一体化可能
• 耐食性
• 工具コスト削減

総合的に、CSPのマルチマテリアルバッテリーケースは鋼製バッテリーボックスより15%軽量です。アルミニウムケースと同等の重量ながら、特にフェノール樹脂システム使用時にはアルミニウムより優れた耐熱性を発揮します。また、トレイの一体成型設計には貫通穴がないため、シールやシーラントが不要です。これは漏れのリスクを排除するだけでなく、全体的な製造コストと複雑さを削減します。

材料オプション

これらのメリットの多くは、CSPの材料R&Dチームが開発した優れた複合材化学なしでは達成できなかったと同社は主張します。この先進複合材の品揃えにより、顧客はカバーおよび/またはベースの仕様に最適な配合を選択できます。CSPのバッテリーケース材料オプションには以下が含まれます：

• 従来の高充填ポリエステル/ビニルエステルATHシステム：従来のSMC化学を使用、既存工具への適応が容易、適切な設計で優れたベースライン性能を発揮
• 発泡システム：従来のSMCと類似の化学だが、難燃性と熱暴走性能が向上
• フェノールシステム：防火、発煙、燃焼、毒性要件を満たす必要がある高温用途に最適。優れた難燃性、耐熱性、耐薬品性、電気非導電性を発揮

これら各化学系は、異なる繊維タイプや形態（ガラス/炭素/ブレンド/その他、チョップドおよび/または連続）、あらゆる厳しいVOC要件を達成するように調整可能です。

「先端技術センターでの取り組みと、本社R&D施設での材料進歩の組み合わせにより、CSPは先進複合材料でのリーダーシップを維持し、マルチマテリアル分野でのグローバルプレーヤーとしての地位を確立しています」とCSPのCEO、Steve Rooney氏は述べます。「帝人がもたらす炭素繊維と材料の専門知識とともに、車両設計において顧客が発想を転換できる軽量ソリューションを開発しています。」

先端技術センターのチームは現在5人のエンジニアとデザイナーで構成されています。CSPの先端技術部門は、R&Dと製品開発と合わせて80人以上のエンジニア、デザイナー、科学者で構成されています。CSPが帝人に買収される前、この施設は帝人のR&Dセンターであり、Sereebo製造プロセスが開発された場所です。このプロセスは現在、PACE Award受賞のGMCシエラデナリピックアップボックス「CarbonPro」（業界初の炭素繊維ピックアップボックス）の製造に使用されています。