VETTURE ELETTRICHE

La stampa 3D strategica nello sviluppo dei veicoli elettrici

Un interessante case study di CRP Technology, che ha realizzato porta-celle per test su pacchi batteria prototipali delle moto Energica, sia da gara che da strada

Energica Motor Company Spa è tra i leader del sempre più crescente mercato dei veicoli elettrici. Con la designazione a costruttore unico per la FIM Enel MotoE™ World Cup - la coppa del mondo dedicata a moto elettriche, la cui prima edizione si è conclusa poco tempo fa con l’incoronazione di Matteo Ferrari (team Gresini) sul gradino più alto del podio – lo sviluppo tecnologico di Energica ha avuto una importante accelerazione, potendo contare su un elemento di competitività unico rappresentato dalla stessa MotoE: Energica è infatti l’unica azienda al mondo ad avere un banco di prova esclusivo per testare nuove soluzioni tecniche con i migliori piloti al mondo.

Il team si è avvalso della collaborazione di CRP Technology, da oltre 25 anni leader nel campo della stampa 3D professionale con i materiali Windform®.

Il caso applicativo che segue spiega come CRP Technology abbia assistito Energica nella ricerca e sviluppo di porta-celle per test su pacchi batteria prototipali delle moto Energica, sia da gara che da strada.

La sfida
Le moto Energica si avvalgono di una batteria a polimeri di litio ad alta energia (Li-NMC).
La batteria è inserita in un guscio ermetico contenente le celle, il Sistema di Gestione Batterie BMS (Battery Management System) e tutti i dispositivi necessari per garantire la sicurezza del veicolo.
Inoltre, Energica è l’unica azienda al mondo ad aver progettato, brevettato e adottato sulle proprie moto un sistema di raffreddamento del guscio ermetico per ovviare al surriscaldamento delle batterie. Grazie a specifici percorsi di ventilazione, questa tecnologia consente di limitare lo stress delle batterie con notevole beneficio sia in termini di prestazioni del veicolo sia della durata delle batterie stesse.
Il mantenimento degli altissimi standard tecnologici di Energica si basa anche sullo studio che il reparto di Ricerca e Sviluppo compie, di continuo, sulle nuove celle che compaiono sul mercato, al fine di valutare il loro impiego nella produzione industriale.
Il team di esperti di Energica parte dalla validazione della singola cella (screening iniziale) per arrivare a testare su strada il pacco batteria prototipale. I test che vengono condotti sulle celle fanno parte del know-how di Energica, e per questo non si possono divulgare in dettaglio.
In questo caso specifico, lo studio è stato condotto su celle di tipo pouch (“ a sacchetto” o “a busta”). Si tratta di batterie molto sottili che non dispongono di un contenitore rigido.
Per poter svolgere in maniera efficace le analisi previste dal protocollo di Energica, il team di ingegneri ha deciso di dotare ogni singola cella pouch di un contenitore prismatico con la funzione di sostegno e rinforzo.
Per testare anche su strada il pacco batteria prototipale, i porta-cella di ogni singola cella pouch dovevano essere realizzati in un materiale altamente performante dalle ottime prestazioni meccaniche, e attraverso una tecnologia che incontrasse le richieste di Energica.
Per questi motivi, Energica si è affidata a CRP Technology: grazie al know-how maturato in tanti anni di attività a servizio dei settori industriali più competitivi ed esigenti, CRP Technology ha affiancato il team di ingegneri di Energica dalla prima fase di studio fino alla realizzazione dei porta-cella in stampa 3D professionale e Windform®.

La soluzione
Dopo un’attenta analisi delle esigenze di Energica e dei file 3D dell’applicazione, CRP Technology ha optato per usare la tecnologia della sinterizzazione laser selettiva con il materiale Windform® FR2, il nuovo composito della famiglia Windform® TOP-LINE ritardante di fiamma e caricato fibra di vetro.
“Dovendo costruire prototipi funzionali di custodie per celle di tipo pouch che sarebbero stati utilizzate in vari test, comprese prove su strada- spiega l’Ingegner Franco Cevolini, Direttore Tecnico e Vice presidente di CRP Technology – risultò fin da subito necessario utilizzare un materiale con determinate caratteristiche, ovvero: materiale plastico, non conduttivo elettricamente, rigido, resistente in temperatura, flame retardant.”
E’ stato scelto il Windform® FR2 perché è l’unico materiale in commercio che possiede tutte queste peculiarità.
“Entrando più nel dettaglio – spiega l’ingegner Cevolini - la caratteristica flame retardant è molto importante, perché garantisce l’autoestinguenza nel caso in cui si verificassero anomalie di funzionamento che potrebbero sfociare in un picco di tensione temporaneo, con conseguente fusione localizzata seguita da un principio di combustione.
Facciamo un esempio: - specifica l’ingegnere - Se dovesse verificarsi un inizio di combustione in una porzione localizzata del contenitore della cella, e questo polimero fosse flame retardant, allora la combustione verrebbe soffocata. Invece, se il materiale non fosse flame retardant, allora si andrebbe incontro a problemi seri, ovvero che la combustione degeneri in incendio. Utilizzare il Windform® FR2 scongiura questa possibilità.”
Anche la rigidezza è molto importante: “Il materiale – continua l’Ingegner Cevolini – doveva presentare prestazioni meccaniche tali da garantire al pacco batteria prototipale una rigidezza d’insieme per supportare la variazione volumetrica che le celle subiscono nella fase di carica e scarica. Si tratta di una variazione che genera pressioni: il porta-cella doveva quindi essere in grado di resistere a queste pressioni.

Conclusioni
Dopo l’attento studio di tecnologia e materiale con cui realizzare i pezzi, e la convalida di Energica Motor Company, il reparto di stampa 3D di CRP Technology ha proceduto con la realizzazione e consegna, in tempi brevi, dei porta-cella.
L’applicazione ha permesso, ancora una volta, di mettere in evidenza il perfetto connubio tra la tecnologia della sinterizzazione laser selettiva e i materiali compositi Windform®.
Grazie al Windform® FR2, infatti, in brevissimo tempo e con risultati eccellenti ed altamente performanti sul piano delle proprietà meccaniche, elettriche e termiche, è stato possibile svolgere sul pacco batterie prototipale tutti i test ed analisi previsti dal protocollo di Energica.

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