• Pianka poliuretanowa w ogniwach akumulatora HV: redukuje ciężar, zwiększa bezpieczeństwo i poprawia wydajność.
• Korzyści inżynieryjne z takiego rozwiązania oraz praktyczne konsekwencje użycia.
• Kluczowe pytania: jak naprawiać i recyklingować ogniwa zalane pianką? Jak przeprowadzić interwencję serwisową?

Zalewanie ogniw pianką poliuretanową to proces, w którym specjalny materiał o niskiej lepkości jest aplikowany w postaci płynnej między ogniwa akumulatora HV. Po naniesieniu substancja ulega spienieniu i rozszerza się nawet 5-krotnie, wypełniając przestrzenie wewnątrz modułu i szczelnie otaczając elementy konstrukcyjne.

Po utwardzeniu powstaje lekka pianka o niskiej gęstości i właściwościach trudnopalnych. Jej głównym zadaniem jest kompleksowa ochrona ogniw – przed:

• zabrudzeniami,
• wilgocią,
• wibracjami
• i ekstremalnymi temperaturami.

Stosowane materiały to najczęściej 2-składnikowe systemy poliuretanowe klasyfikowane jako trudnopalne (np. UL 94 V-0). Po utwardzeniu tworzą półstrukturalną pianę, która w sytuacjach awaryjnych izoluje uszkodzone ogniwa i ogranicza tzw. propagację termiczną, chroniąc sąsiednie elementy.

Dla warsztatów oznacza to jedno – po utwardzeniu pianka staje się praktycznie nieusuwalna. A to poważnie ogranicza lub wręcz uniemożliwia naprawę akumulatora HV.

Ewolucja konstrukcji akumulatorów EV 

Rozwój technologii akumulatorów do EV przeszedł znaczącą ewolucję – od tradycyjnych konstrukcji Cell-to-Module (CTM), przez Cell-to-Pack (CTP), aż po najnowsze rozwiązania Cell-to-Chassis (CTC), często określane także jako Cell-to-Body (CTB).

Cell-to-Module to klasyczne podejście, w którym pojedyncze ogniwa są grupowane w moduły, a następnie montowane w jeden pakiet. Taka konstrukcja ułatwia naprawy – w razie awarii można wymienić uszkodzony moduł. Wadą są jednak liczne komponenty, większa masa oraz bardziej złożony proces produkcji i montażu baterii HV.

W architekturze CTP rezygnuje się z modułów. Ogniwa są montowane bezpośrednio w obudowie akumulatora oraz zintegrowane w jedną całość, bez dodatkowych komponentów konstrukcyjnych. Pozwala to zmniejszyć wagę, zwiększyć pojemność baterii i zoptymalizować jej objętość.

W 2023 r. technologię CTP stosowano w prawie 50% nowych pojazdów elektrycznych, co potwierdza jej rosnącą popularność. W tego typu konstrukcjach często wykorzystuje się również piankę poliuretanową, która stabilizuje ogniwa i poprawia bezpieczeństwo termiczne.

Jeszcze wyższy poziom integracji oferuje architektura CTC, w której akumulator staje się częścią konstrukcyjną pojazdu. Ogniwa są mocowane bezpośrednio do podwozia auta, co pozwala:

• maksymalnie wykorzystać przestrzeń,
• zwiększyć sztywność nadwozia
• i obniżyć środek ciężkości pojazdu.

Ze względu na brak wymiennych modułów i wysoką integrację strukturalną, w konstrukcjach CTC pianowanie ogniw staje się standardem. Jednocześnie znacząco utrudnia to ewentualny demontaż i naprawę baterii trakcyjnej.

Zalety technologii piankowania ogniw 

Wprowadzenie pianki poliuretanowej do akumulatorów HV niesie ze sobą wiele korzyści technicznych i funkcjonalnych:

• Zarządzanie temperaturą – wysoka gęstość energii nowoczesnych ogniw wymaga skutecznego chłodzenia. Wypełnienie przestrzeni między ogniwami pianką poprawia równomierne odprowadzanie ciepła i zmniejsza ryzyko przegrzania ogniw.
• Ochrona mechaniczna – podczas codziennej eksploatacji pojazdy elektryczne są narażone na wibracje, wstrząsy i przeciążenia. Pianka rozprężająca działa jak warstwa amortyzująca, stabilizuje położenie i zabezpiecza ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi.
• Bezpieczeństwo przeciwpożarowe – w przypadku awarii termicznej pianka tworzy barierę, która izoluje uszkodzone ogniwo i ogranicza rozprzestrzenianie się ciepła. To może zapobiec eskalacji pożaru w akumulatorze HV.
• Stabilizacja strukturalna – pianka utrzymuje równomierne rozmieszczenie ogniw w obudowie akumulatora, kompensując ich naturalne rozszerzanie się podczas pracy. W efekcie zmniejsza ryzyko ich naprężeń i deformacji konstrukcyjnych.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Klimatyzacja

Jak klimatyzacja chroni akumulator HV w samochodzie elektrycznym

W samochodach elektrycznych klimatyzacja pełni znacznie szerszą funkcję niż tylko zapewnianie komfortu pasażerom. 
 

Akumulatory

Cell-to-pack – nowa era w konstrukcji akumulatorów trakcyjnych

Technologia cell-to-pack (CTP), w której ogniwa akumulatorowe są bezpośrednio integrowane w pakiet bez tradycyjnych modułów, staje się kluczowym trendem w rozwoju elektromobilności.

Wady i ograniczenia technologii piankowania 

Mimo licznych zalet technologia zalewania ogniw pianką poliuretanową niesie ze sobą istotne ograniczenia – szczególnie z punktu widzenia serwisu, napraw i recyklingu akumulatorów HV. Po utwardzeniu pianka tworzy trwałą, jednorodną strukturę, która ściśle przylega do ogniw i elementów obudowy.

Próba demontażu grozi uszkodzeniem mechanicznym ogniw lub naruszeniem ich izolacji. W efekcie niemożliwa staje się wymiana pojedynczego elementu – nawet jeśli awaria dotyczy tylko kilku ogniw.

Dla warsztatów oznacza to jedno: brak realnej możliwości przeprowadzenia lokalnych napraw. W większości przypadków konieczna jest wymiana całego pakietu trakcyjnego.

Zintegrowana konstrukcja z pianką znacząco podnosi koszt obsługi pogwarancyjnej. Po zakończeniu okresu gwarancji użytkownik musi liczyć się z pełnym wydatkiem związanym z całego pakietu HV, co w wielu przypadkach przekracza wartość rynkową pojazdu.

Szczególnie dotyczy to modeli opartych na architekturze Cell-to-Pack oraz Cell-to-Chassis, w których dostęp do wnętrza baterii jest utrudniony. Kolejnym wyzwaniem jest recykling.

Pianka poliuretanowa silnie wiąże się z powierzchnią ogniw, przewodów i elementów układu chłodzenia. To znacząco utrudnia mechaniczne rozdzielenie takich materiałów, jak:

• miedź,
• aluminium
• czy tworzywa sztuczne.

Proces odzysku wymaga specjalistycznej obróbki chemicznej lub termicznej, która nie jest jeszcze standardem w większości zakładów zajmujących się utylizacją baterii. Ze względu na brak modułowej budowy i na pełne zalanie pianką z pakietów CTP i CTC nie da się odzyskać sprawnych ogniw ani komponentów.

W efekcie rynek wtórny pozostaje praktycznie pozbawiony części zamiennych, co ogranicza możliwość napraw i podnosi koszty serwisowe. W szerszej perspektywie technologia piankowania wpisuje się w trend konstruowania pojazdów jako systemów zamkniętych.

Diagnostyka i serwis stają się domeną wyłącznie autoryzowanych punktów, które mają dostęp do:

• dokumentacji,
• narzędzi
• i procedur.

To z kolei ogranicza konkurencję i niezależność warsztatów, utrudniając rozwój rynku usług niezależnych w segmencie elektromobilności. Przy wszystkich swoich wadach technologia zalewania ogniw akumulatorów trakcyjnych dedykowaną pianką poliuretanową to istotny krok w stronę poprawy bezpieczeństwa i efektywności pojazdów elektrycznych.

Umożliwia lepsze zarządzanie temperaturą, chroni ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi i ogranicza ryzyko pożaru. Branża motoryzacyjna staje więc przed wyzwaniem znalezienia równowagi między korzyściami konstrukcyjnymi a żywotnością i naprawą akumulatora HV.

Monitorowanie rozwoju alternatywnych technologii, a także wdrażanie bardziej serwisowalnych rozwiązań, będzie kluczowe dla przyszłości niezależnego rynku napraw EV. Tylko wtedy pojazdy elektryczne pozostaną nie tylko innowacyjne, ale również opłacalne i zrównoważone w całym cyklu życia – od produkcji po utylizację.

Źródło: Materiały redakcyjne