LanxessとKautex Textron、D-LFT熱可塑性樹脂で軽量EVバッテリーハウジングを先駆的開発

特殊化学品メーカーのLanxess（ドイツ・ケルン）とKautex Textron GmbH & Co. KG（ドイツ・ボン、米国Textron Inc.傘下）は、電気自動車（EV）のバッテリーハウジングにおいて、技術用熱可塑性樹脂が金属に対し重量とコスト削減、機能統合、電気絶縁性の面で優位性を持つことを実証するため、数年にわたり協力してきました。両社は実現可能性スタディで、ニアシリーズ技術デモンストレーターを開発しました。長さと幅がそれぞれ約1,400mmのシステムは、中間の二桁キログラム範囲の重量を持つ大型オールプラスチックハウジング部品です。

「第一段階として、金属補強構造を完全に排除しながら、これらの複雑で大型の部品を商業的に生産可能であることを証明しました」とKautex Textronの製品開発ディレクター、フェリックス・ハース氏は説明します。今後、KautexとLanxessはこの協力の成果を活かし、自動車メーカーとの量産開発プロジェクトに進みたいとしています。

デモンストレーターは、CセグメントEVのバッテリーハウジングをベースに開発されました。クラッシュ構造を備えたハウジングトレイ、ハウジングカバー、アンダーラン（アンダーボディ）プロテクションで構成されます。ハウジング部品は、単段階の直接長繊維熱可塑性樹脂（D-LFT）成形プロセスで製造可能です。LanxessはDurethan B24CMH2.0 PA6樹脂をD-LFT成形材料として最適化し、Kautex TextronがPA6をガラス繊維ロービングでコンパウンドします。LanxessのTepex dynalite連続繊維強化熱可塑性樹脂をハウジング構造の補強材として適用します。「このプロセスは、鋼やアルミニウムを加工するプロセスより短く、より経済的なサイクルタイムを実現します」とハース氏は説明します。

現在、高電圧バッテリーハウジングは主に押出鋼やアルミニウムプロファイルで作られています。車両クラスによっては、ハウジングの長さと幅がそれぞれ2,000mm、1,500mmを超えることもあります。サイズ、部品数、多数の製造・組立工程により、金属ハウジングは非常にコストがかかります。例えば、ストランドプレスプロファイル製の複雑な構造は、溶接、パンチング、リベットなど多くの二次加工工程を必要とします。さらに、金属部品は陰極電着塗装という追加工程で防食処理が必要です。

「一方、プラスチックは設計自由度をフルに活用できます。ファスナーや熱管理部品などの機能を統合することで、バッテリーハウジングの個々の部品数を大幅に削減できます。これにより組立と物流の手間が簡素化され、生産コストが削減されます」とLanxessのe-パワートレインプロジェクトマネージャー、クリストファー・ヘフス博士は述べています。

高電圧バッテリーハウジングは、高い剛性と強度、衝突時のエネルギー吸収、難燃性、車体構造への統合など、多くの高度な技術要件を満たす必要があります。Lanxessによると、プラスチックはこれらの多くのニーズを満たす可能性があります。材料は耐食性と電気絶縁性を持ち、後者はシステム短絡のリスクを低減します。プラスチックの低密度と軽量化ポテンシャルにより、大幅に軽量なハウジングが実現し、EVの航続距離向上などに寄与します。

「現在も部品の生産と構造設計の最適化に共同で取り組んでいます。大部分の開発作業をバーチャルで行うことで、試作設計のコスト削減と将来の量産部品の市場投入期間短縮を目指します」とヘフス氏は語ります。