EV バッテリーインサート成形: カスタム精密熱管理部品

EVバッテリーインサート成形は、電気自動車の急速充電の熱問題を解決するための主要な方法です。

2℃を超える電気自動車の急速充電中、角形バッテリーセルと液体冷却プレートの間のサーマルグリース層の熱抵抗は、800回の熱サイクル後に300%急増し、ホットスポットの温度差は局所的な領域で15℃を超えます。

これは、セルの老化の促進、さらには熱暴走のリスクに直接つながります。

従来の「ヒートシンク＋サーマルパッド＋絶縁フィルム」の３層構造では、界面の凹凸や長期信頼性の問題を解決できませんでした。インサート成形は、一体化された高精度の特徴により、この問題を解決するための主要な技術として浮上しています。

主要な回答の概要

重要なポイント

• 界面の空隙を除去：インサート法による成形では、50～120MPaの成形圧力を加えて空隙を除去し、サーマルグリース溶液と比較して熱抵抗を40％低減します。これが冷却システムの強化とセル劣化の大幅な遅延の主な原因です。
• 一体型コンポーネント: 3 層構造を 1 つのカスタム プラスチック部品に置き換えることで、組み立て公差や経年劣化のリスクを回避し、同時にメンテナンス コストを削減します。
• コスト管理:射出成形金型インサートは、定量化可能なメンテナンス費用を計算するための優れたツールです。摩耗が激しい部品は50,000 回の金型サイクル後に交換できるため、正確な予算計画が可能になります。
• 生産的なプロセス:金型プロセス制御センサーにより、インサート位置の CPK が 0.67 から 1.33 に上昇し、製品の歩留まりが向上します。

精密バッテリーコンポーネント: JS Precision のインサート成形ソリューション

当社の献身的な専門知識インサート成形専門家により、お客様の精密製造要件を満たす EV バッテリーの熱管理システムを設計できます。これが、この分野を専門とする JS Precision を選択すべき主な理由です。

EV バッテリーインサート成形や射出成形インサートなどのコア製品の研究開発と量産サポートをお求めの場合、JS Precision は 20 社を超える世界的な自動車会社にカスタマイズされたソリューションを提供してきました。

このシステムを使用すると、800V 高電圧急速充電や走行距離延長機能などの標準的な業界要件を満たしながら、基本的な生産上の問題に対処できます。

同様のシナリオを例として挙げると、ある大手自動車メーカーは、主力の SUV バッテリー パック プロジェクト中に、インサートのずれの問題により材料の 12 パーセントが無駄になり、熱抵抗測定値が承認制限を 30 パーセント超えたという問題に遭遇しました。

お客様は、JS Precision の金型内センサー閉ループ制御とインサート金型インサート設計により、スクラップ率の 1.5% 削減を達成しました。これにより、熱抵抗を 40% 削減できると同時に、当社をパートナーとして選択することで年間 120,000 ドル以上の運用コストを節約できました。

JS Precision は、規格への完全な準拠を必要とする生産要件を満たすための完全なサポートを提供します。 IEC 62133-2:2017 国際安全規格すべてのカスタムプラスチック部品の安全性と均一性を維持します。

当社では材料選定から金型設計、量産出荷まで一貫した品質管理システムを構築しております。

このシステムは、完全なテストレポートと信頼性検証データを提供し、当社が品質管理のあらゆる側面を処理しながら、コラボレーション中に安心感を得るのに役立ちます。

専門的なインサート成形サービスを選択すると、お客様は技術的なリスクを軽減し、生産コストを管理できます。 EV バッテリー コンポーネントの熱抵抗やインサートのずれなどの課題に直面している場合は、当社のエンジニアに無料の技術相談とソリューションの評価を依頼してください。

EV バッテリーインサートモールディングは、液冷プレートとバッテリーセル間の熱抵抗をどのように解決できますか?

多くのお客様が同じ疑問を抱いています。EVバッテリーのインサート成形では、実際に液冷プレートとバッテリー セルの間の界面熱抵抗の問題にどのように対処しているのでしょうか?

まず、アルミニウム合金または銅で作られた別個の部品が放熱インサートとして使用されます。さらに熱伝導率の高いプラスチック（PPS＋熱伝導フィラー）をインサート成形によりコーティングします。

このとき金型内の圧力を50～120MPaに保つことで界面の空隙をなくし、熱抵抗を約40％低減することができます。

金型内の圧力により界面の空隙が除去されます。

射出成形の際、この段階で射出成形インサートには50～120MPaの保持圧力がかかります。これにより、溶融プラスチックが金属インサート表面の凹凸を埋め込み、接触面積が95%以上に増加し、熱伝導率が大幅に向上します。

本質的には、高圧を使用して壁の小さな隙間をセメントで埋めるのと同じであり、これによりプラスチックと金属のインサートがしっかりと接着されるため、熱伝導率が大幅に向上し、接触不良による放熱の問題も防ぐことができます。

3層構造を単一コンポーネントで置き換え

のカスタムプラスチックパーツは、成形によって設計されており、熱伝導率（2.5 W/mK）、絶縁（4000V 耐電圧）、および構造サポートのタスクを同時に達成します。

これは、サーマル グリースや絶縁フィルムが必要ないことを意味し、その結果、調達コストと組み立てコストが削減され、経年劣化のリスクも最小限に抑えられます。

EV バッテリーのインサート成形でバッテリー パックの熱抵抗をさらに低減する方法については、当社のテクニカル ホワイト ペーパーをダウンロードして、金型内圧力制御の核心点を明確に理解してください。

図 1: 実際のバッテリー モジュールと概略図および断面図を並べた合成画像。熱を管理するために、サーマル インターフェイス マテリアル (TIM) がインサート成形によってバッテリーと冷却プレートの間にどのように適用されるかを示しています。

カスタムインサート成形は、限られたバッテリースペースでどのようにして熱放散と沿面距離のバランスをとることができますか?

界面の熱抵抗の問題を解決することは別のことですが、お客様にとってもう 1 つの重要な点は、小さなバッテリー パック スペース内で両面の熱放散と十分な沿面距離のバランスを取ることです。カスタムインサート成形は、これらの課題に対する理想的なソリューションを提供します。

たとえば、銅バスバーやヒートパイプをセル間隔 8 mm のインサートとして使用できます。プラスチック T は 2 つの機能を備えたインサートをサポートします。一方の面は熱を伝導し (2.5 W/m・K)、もう一方の面は絶縁します (沿面距離 4.1 mm)。

3D プリントされたコンフォーマルな水路モールドを使用して成形されたプラスチックが、この T 字型の特徴を形成します。

スペース不足を克服する T 字型バリアのコンセプト

カスタムインサート成形800V高電圧プラットフォーム用（クリープ距離3.2mm）は交互インサート配列を採用しています。断熱バリアが必要な側のプラスチック壁は 2.5 mm まで厚くなっています。したがって、体積を増加させることなく、放熱と断熱の両方が達成されます。

それは、限られたスペースにさまざまなストレージソリューションを積み重ねるようなもので、一方は放熱用、もう一方は断熱用であり、どちらも干渉しません。

したがって、限られたバッテリーパックのスペース内で、高電圧の安全性と熱放散の両方の要件を同時に達成することができます。

3D プリント金型により壁厚の差別化が可能

コンフォーマル水路の金型により、プラスチックの流れを正確に制御できるため、同じカスタマイズされたプラスチック部品上に0.8 mm の熱伝導性の薄肉領域と 2.5 mm の絶縁性の厚肉領域を同時に製造できるため、部品設計の柔軟性も向上します。

バッテリーモジュールの射出成形インサートに最適な材料はどれですか?

射出成形金型インサートの材料に関する決定は、金型の寿命、製品の精度、生産コストに直接影響します。使用を通じて、私たちは最適なソリューションの選択を特定しました。

高周波熱サイクル (-40°C ～ 85°C、3000 サイクル) の場合、H13 鋼金型インサートの寸法変化率は 0.012% であり、S136 の 0.025% よりも優れた性能です。

金属インサート (銅/アルミニウム) と PPS プラスチックの間の CTE の不一致は2.5 ppm/°C に制限する必要があり、これは次の寸法精度要件に準拠しています。 ISO 12165:2019 。

金型鋼の選定比較

射出成形用インサートの材質の中で、表面窒化処理を施したH13鋼（硬度1100HV）が最適です。 3000 回の熱サイクル後でも、キャビティの寸法変化は 0.008mm です。

さまざまな鋼の性能比較は次のとおりです。

CTE マッチングの計算

銅インサート (CTE=16.8) と 30% ガラス繊維強化 PPS (CTE=14.3) の CTE の差は非常に小さい (わずか 2.5) のに対し、アルミニウム インサート (CTE=23.6) の CTE の差は9.3 もあり、追加の 0.2 mm の干渉補正が必要であることを意味します。

CTEの差が小さいほど、製品の精度が高くなります。

本質的に、これは身体に対する衣服の適合性のようなものです。 CTEの差が小さいほど、プラスチックとインサートの「なじみ」が良くなり、温度変化による緩みや変形が防止され、長期にわたる製品精度の安定性が確保され、不良品が減少します。

金型摩耗寿命の予測

の金型インサートゲート近くに配置されている部品は、50,000 成形サイクルごとに摩耗が 0.003 mm に達したら交換する必要があります。摩耗しない領域は 200,000 サイクルにわたって機能するため、お客様は金型メンテナンス サイクルを正確にスケジュールすることができます。

インサート成形サービスは大規模な構造コンポーネントを処理できますか?

EVのバッテリーパックが大型化するにつれ、大型部品のプラスチック成形もより困難になります。お客様からは、インサート成形サービスが大規模生産の需要に対応できるかどうかをよく質問されます。

私たちは、あらゆる課題に対処する準備ができている強力で成熟したテクノロジーと生産チームを示すことで、彼らの考えを変えます。

自動ロボットアームにより、長さ 850 mm のバッテリーベースプレート上に 8 つのネジ付きスリーブ + 2 つの液体冷却プレートが 0.05 mm の再現性で設定されます。

マルチキャビティ射出における圧力バランスも実装されており、プラスチック部品の収縮率の偏差が 0.08% 以下であることが保証されており、これは精度要件を満たしています)。

自動事前位置決めシステム

レーザー測定によりインサートの位置が確認された後、6 軸ロボットアームがインサートをピックアップして金型に配置します。インサート成形サービスは、精度と効率のバランスを保ちながら、1 個あたり 90 秒の生産サイクルを達成できます。

マルチキャビティ圧力バランス技術

4 つの独立したホット ランナーと圧力センサーを組み合わせて、各キャビティの射出圧力をリアルタイムで調整し、キャビティの平坦性を確保します。 プラスチック成形大型部品0.15mm/m以内に管理され、製品の均一性が保証されます。

ワンストップの垂直統合プロセス

JS Precision は、金型設計からインサート加工、射出成形の量産までカスタム プラスチック部品をワンストップで提供することで、プロジェクト サイクルの短縮と顧客とのコミュニケーション コストの削減に貢献します。

図 2: 産業用インサート成形セットアップの拡大図。流体ラインを備えた大型の金型が工場環境内の機械ベッド上に配置されており、実質的なバッテリー コンポーネントを製造できます。

射出成形金型インサートの摩耗と交換頻度は、1 個あたりのコストにどのような影響を与えますか?

大量生産では、射出成形インサートの摩耗と交換頻度が単価に直接影響します。私たちの方法は、顧客がこのコストを制御する方法を理解するのに非常に役立ちます。

ベリリウム銅インサートの摩擦損失は、金型サイクルごとに 0.003 mm です。位置決めピンの摩耗が0.02mmを超えると、インサートの位置ずれが発生する可能性が非常に高くなります。

インサートタイプの採用により、金型メンテナンスの単価は1個あたり約0.025ドル（金型総生産数50万個の場合）となります。

摩耗と位置ずれのしきい値

射出成形金型インサート位置決めピンの直径の摩耗は 0.02mm に達し、その結果、インサート位置ずれの標準偏差は0.02mm から 0.07mm に変化し、スクラップ率は 8% に上昇しました。したがって、摩耗した部品は適時に交換する必要があります。

インサート式クイック交換設計

摩耗度の高い部品を別金型インサート化することで、ボルト4本を外すだけで交換が可能となり、交換時間を4時間から40分に大幅に短縮するとともに、ダウンタイムの抑制と効率の向上を実現します。

単体コスト計算モデル

全体の生産量が 500,000 ユニットの場合、高摩耗領域の交換コストは 1758 ドル、低摩耗領域の交換コストは 293 ドル、ダウンタイム損失は 439.5 ドルとなります。金型あたりのメンテナンスコストは約 0.025 ドルです。

摩耗による単品コストを正確に計算したい射出成形金型インサート?生産規模を提出していただければ、無料のコスト計算レポートを提供いたします。

EVバッテリー部品の大型部品のプラスチック成形の限界公差とは何ですか?

大型部品のプラスチック成形における公差管理は、組立精度に影響を与える大きな要素です。私たちは継続的な作業から、主要な許容基準とその管理方法を特定しました。

収縮のリアルタイム補正は、金型内圧力センサーによって行われます。シール面の最終平面度は0.05mmで、出荷前の総合検査には3Dブルーライトスキャンを採用しています。

反り管理基準

樹脂成型大型部品の長さが100mm増加すると、許容反り量も0.06mm増加します。したがって、許容される 620mm 部品の標準は 0.37mm です。実際には、制御を 0.35mm に制限していますが、これは業界標準よりも優れています。

動的収縮補償技術

圧力センサーは 4 つのキャビティすべてに取り付けられています。 3% の圧力変動が検出された場合、それぞれのノズル保持圧力が 5MPa ずつ自動的に調整されるため、不均一な収縮や起こり得る公差の問題が回避されます。

完全な検査方法

バッチの最初と最後の部分は3D ブルーライト スキャン (精度 0.008mm) を受けます。画像測定ツールを使用して、重要な取り付け面をマッピングします。 CPK 1.33 の部品のみがリリースされるため、欠陥のある部品が次のプロセスに渡されることはありません。

センサーを介してプラスチック成形の大型部品や複数の金型インサートの位置ずれを防ぐにはどうすればよいですか?

インサートの変位複数のインサートを備えた大型プラスチック部品を 1 つのプロセスで成形するときによく発生する欠陥です。当社では、金型センサー技術を使用してこの問題を解決する非常に効果的な方法を開発しました。

8 つのネジ付きスリーブと 2 つの液体冷却プレートで構成されるバッテリー ベース プレートの場合、ノズル保持圧力を瞬時に変更するために、各インサートに小さな磁歪変位センサー (精度 0.01 mm) が埋め込まれています。その結果、 CPKは0.67から1.33に上昇しました。

挿入変位破壊モード

わずか 0.28mm の射出圧力により、2 つの中間マニホールドの位置がずれる可能性があり、これは仕様限界の 0.10mm の 3 倍を超えています。その結果、スクラップ品率が 12% になり、生産コストが増加し、納期の遅れが生じます。

センサー閉ループ制御システム

各金型インサートには変位センサーが使用されており、センサーは1 秒あたり 1000 回サンプリングできます。別チャンネルを参照して0.05mm以上のオフセットを検出した後、1つのインサートのホットランナーニードルバルブを0.3秒遅れて閉じ、同時にオフセットを補正します。

収量向上データ

取り付け後、インサート位置 CPK は 1.33 (平均オフセット 0.02mm、標準偏差 0.015mm) となり、スクラップ率は 1.5% に減少しました。年間生産量 200,000 個に換算すると、これは年間約 126,000 米ドルのコスト削減に相当します。

JS Precision ケース分析: 800V 超急速充電バッテリー パック用の熱管理インサート成形

この記事では、実世界のプロジェクト事例を参考にして、当社が解決した 800V 超高速充電バッテリー パックの熱管理問題について詳しく説明しています。プロジェクトの参考資料としてご覧ください。

遭遇した困難

大手自動車会社の主力セダン 800V 超高速充電バッテリー パック プロジェクトは、次の 3 つの大きな問題点に直面しています。

• セルの間隔はわずか 9 mm で、這う距離は 3.2 mm 以上を満たす必要があります。
• 液冷プレートは円筒形バッテリーセルの曲面に接触しており、熱伝導性シリコーングリースの熱抵抗は経時変化により480mm2・K/Wまで増加します。
• 3 本の銅製放熱チューブと 12 本のバスバー インサートはずれやすいため、スクラップ率は 18% になります。

ソリューション（JS Precision 提供）

JSプレシジョンは、提示された課題を解決するための完全なカスタムインサート成形ソリューションを提供しました。

1. 構造設計:

Z 型のプラスチックバリアを使用して銅管を片側にバイアスし、絶縁側壁の厚さ 2.6 mm (沿面距離 4.5 mm) と熱伝導側壁の厚さ 0.6 mm を実現しました。これにより、絶縁要件を満たすだけでなく、放熱効率も確保されます。

2. 金型とプロセス:

当社の射出成形金型は、金型インサートに表面窒化処理を施した H13 鋼を使用しています。金型内圧力制御システムは855MPaで動作します。レーザー粗面化プロセスにより、Ra=3.2μm に達する銅管の表面が作成され、プラスチック金属材料の接着力が強化され、接着点での材料の破損が防止されます。

3. 変位制御:

すべてのバス インサートには、内蔵センサー システムとして動作する小型の磁歪変位センサーが含まれています。センサーは連続的な位置情報を提供するため、保持圧力の自動調整が可能になり、インサートのオフセットを正確に制御できます。

最終結果

プロジェクトの結果は、すべての関係者にとって大きな驚きでした。

• 熱抵抗は 84 mmK/W に低下しました (劣化したサーマル グリースと比較して 82% 減少、従来のインサート成形ソリューションと比較して44% 減少)。
• 沿面距離は4.5mm、耐電圧は5000V/60sをクリアしました。
• インサート位置 CPK=1.41、スクラップ率は 2.1% に減少、年間コスト削減は 170,000 ドルを超え、ユニットコストは 22% 削減され、組み立て効率は 30% 向上しました。

800V バッテリー パック プロジェクトで同様の課題に直面している場合は、バッテリー パックの 3D 図面を当社のエンジニアリング チームに送信して、24 時間以内にカスタム インサート成形ソリューションと見積もりを受け取ります。

図 3: 高電圧バッテリー パックの詳細な内部図。積層されたバッテリー セル、統合された金属とプラスチックのコンポーネント、整理されたワイヤー ハーネスを示し、精密インサート成形によって実現される複雑さを例示しています。

EV バッテリーの熱管理プロジェクトに専門のインサート成形サービスが必要なのはなぜですか?

クライアントがプロジェクトの効率を高めながらプロジェクトのリスクと経費を削減する最適な方法には、専門家とのパートナーシップが含まれます。インサート成形サービス。専門的なサービスがプロジェクトの成功に不可欠なサポートを提供するため、このプロジェクトでは効率的な EV バッテリーの熱管理が必要です。

JS Precision は、材料の CTE マッチング、金型インサート管理、金型内センサー制御を含む高度なエンジニアリング ソリューションを提供すると同時に、完全なワンストップ納品サポート システムも提供します。

軽量で統合されたデザイン

3層構造の代わりに1つのカスタムプラスチックパーツを使用することで、35％の重量削減につながります。バッテリーパックの組み立てステップを 4 段階から 1 段階に減らしました。これは、この変更により、車両の航続距離を延ばしながらバッテリーパックの重量を軽減し、組み立てコストと誤差の両方を削減できるためです。

信頼性の検証

この製品は、-40 °C から 85 °C までの 3,000 サイクルの熱サイクルを含むテストを受け、沿面距離は変わらないまま熱抵抗が 15% 変化したことが示されました。その結果、製品の寿命が長くなり、顧客のアフターサービス費用が削減されることが実証されました。

スケーラブルな配信機能

JS プレシジョンは、160 トンから 1,000 トンまでの射出成形機 10 台を稼働し、自動インサート供給システムと組み合わせて、安定した納入サイクルを維持しながら、年間生産量 200 万個に達する大規模生産の顧客の需要に応えます。

よくある質問

Q1: インサート成形で実現可能な最薄肉厚はどれくらいですか?

インサート成形における最薄肉厚は、塑性流動長とインサートの形状によって制限されます。熱伝導性領域の最小厚さは 0.6mm 、断熱領域の最小厚さは 0.8mm であり、ほとんどの EV バッテリー設計基準で要求されています。

Q2: インサートは予熱する必要がありますか?

アルミニウムおよび銅のインサートは、ウェルド ラインを形成する可能性があるメルト フロントの急速な冷却を避け、カスタム プラスチック部品とインサート間の接着強度を高めるために、理想的には 120 ～ 150°C に予熱する必要があります。

Q3: インサート成形金型の納期はどれくらいかかりますか?

インサート成形金型のリードタイムは、単純な単一インサート金型 (30 ～ 35 日) と複雑なマルチインサート金型 (8 個以上のインサート) (45 ～ 50 日) の 2 つのカテゴリに分類でき、お客様のプロジェクトのタイムラインに合わせることができます。

Q4: 金型内のインサートの位置はどのように制御されますか?

磁気吸着と機械的位置決めピンを組み合わせた二重固定方式を採用しています。位置決めピンの硬度は HRC55 で、正確なインサートの位置決めを保証し、位置ずれのリスクを最小限に抑えるために、50,000 成形サイクルごとに摩耗が監視されます。

Q5: 大型プラスチック成形品の平面度要件は何ですか?

大型プラスチック成形部品の平面度公差は部品の長さによって決まります。500mm 未満の部品では 0.25mm、500 ～ 1000mm の部品では 0.35mm となります。トリム部分は矯正が必要です。

Q6: インサート成形でネジ付きインサートを製造できますか?

はい、インサート成形でねじインサートを作成できます。回転を防ぐために、インサートにはローレット加工またはフライス加工を施す必要があります。また、ねじ付きインサートを安定に保つために、射出成形中にゲートに直接衝撃を与えないでください。

Q7: インサート成形と二次射出成形の違いは何ですか?

簡単に言えば、インサート成形はインサートを金型に装着し、一度の操作で成形が完了するプロセスです。一方、二次射出成形では、最初に部品を作成してからそれをカバーする必要があります。したがって、基本的には異なるケースに対応します。

Q8: JS Precision のインサート成形サービスの最低注文数量はどれくらいですか?

JS Precision のインサート成形サービスには、プロトタイプの検証には最低 100 個、量産には年間 5000 個が必要です。金型費は別途お見積りとなります。

まとめ

800V 高電圧急速充電の登場により、EV バッテリーのインサート成形はオプションではなく、バッテリー パックの熱管理と電気的安全性の間の矛盾を解決するために必須のプロセスとなっています。

このテクノロジーは、インターフェースのエアギャップを除去し、コンポーネントを組み合わせ、コストを管理し、歩留まりを向上させるのに役立ちます。また、バッテリーパックの安全性、信頼性、コスト効率を高めることもできます。

JS Precision は、経験豊富なインサート成形サービスプロバイダーであり、豊富な経験、厳格な品質管理、完全な技術サポートを組み合わせて、プロジェクトの最初から最後までの成功を保証します。

バッテリーパックの3D図面を提出してください当社のエンジニアリングチームにご連絡いただければ、インサート成形の実現可能性調査と単価の見積もりを 1 日以内に発行します。中国の精密射出成形およびインサート成形サービスプロバイダーである JS Precision は、EV バッテリー製造の課題への取り組みを支援する準備ができています。