EV 배터리 하우징 다이 캐스팅: 디자인 & 제조 가이드

EV 배터리 하우징의 설계 고려 사항

EV 배터리 하우징 (쟁반) 구조적이다, 강성 균형을 유지해야 하는 안전 관련 인클로저, 충돌 침입 방지, 밀봉 신뢰성, 대량 생산을 위한 제조 가능성. 엔지니어링 및 소싱 팀용, 핵심은 “그것을 캐스팅할 수 있는가?” 뿐만 아니라,” 하지만 디자인이 지속적으로 치수 안정성을 충족할 수 있는지 여부, 다공성 제어, 대량생산시 기계가공 후 실링성능 및 실링성능.

엔지니어링 매개변수	중요한 기능	일반적인 사양
구조적 무결성	측극 충격 저항	5 크로스빔 & 일정 단면 레일
대량 효율성	시스템 경량화	배터리 시스템 전체 질량의 ~20%
열 성능	열 확산 & 소산	전도도 ~120-235W/m·K (알루미늄 합금)
제조 공차	씰링 표면 평탄도	±0.05mm (가공된 인터페이스)

이 가이드에서는 다이캐스트 하우징의 전체 설계 및 제조 프로세스를 검토합니다., 열 전도성을 갖춘 알루미늄 합금 선택부터 200 W/m·K 달성 IP67 정밀 가공을 통한 밀봉. 특정 생산 기술을 분석합니다., 진공 보조 주입 및 통합 냉각 회로 포함, 다공성 비율을 이하로 감소시킵니다. 0.1% 장기적인 시스템 신뢰성을 보장합니다..

구조적 아키텍처 및 안전 요구 사항

실용적인 배터리 트레이 아키텍처는 일반적으로 주변 레일을 결합합니다., 크로스 멤버, 국부적 압착/충격 기능, 모듈용 인터페이스, 냉각, 그리고 커버. "최고의" 레이아웃은 플랫폼 대상에 따라 다릅니다. (단단함, 침입 공간, 장착 전략), 따라서 설계가 확정되기 전에 제조 가능성 검사를 수행해야 합니다..

제조 관점에서 보면, 구조적 성능과 씰 신뢰성은 다공성이 얼마나 큰지에 크게 좌우됩니다., 왜곡, 및 데이텀 일관성이 제어됩니다.. 비안 다이캐스트 금형 흐름 분석과 같은 타당성 검토 및 프로세스 계획을 지원할 수 있습니다., 다공성에 민감한 영역을 위한 진공 보조 다이캐스팅 옵션, 필요한 경우 교정/재형성 단계, 및 CNC 데이텀 전략 - 최종 부품이 생산 과정에서 치수 및 누출 관련 요구 사항을 일관되게 통과할 수 있도록 합니다..

재료 최적화 및 무게 균형

경량화가 중요하다, 하지만 파워트레인/E-드라이브 및 인클로저 부품의 경우, 합금 선택은 일반적으로 결합된 제약 조건에 의해 결정됩니다.: 얇은 부분에 대한 주조성, 다공성 민감도 (특히 밀봉용), 필요한 가공 공차, 부식 환경, 표면 마감 요구 사항.

Bian Diecast는 일반적으로 알루미늄 다이캐스팅 합금과 함께 작동합니다. (예를 들어, ADC12 / Al-Si 계열 및 기타 프로젝트에 지정된 Al-Si-Mg 변형), 적합한 응용 분야에 아연 및 마그네슘 다이캐스팅을 지원할 수도 있습니다.. 최종 합금 선택은 부품 기능을 통해 확인되어야 합니다. (구조적 대. 씌우다), 씰링 요구, 및 다운스트림 프로세스 (CNC, 분체 도장/회화, 집회), DFM 단계에서 최적화하여 대량 생산 시 위험과 비용을 줄일 수 있습니다..

최적의 열전도율을 위한 재료 선택

e-드라이브용, 인버터, 및 배터리 관련 하우징, 알루미늄 다이캐스팅은 통합된 리브/보스를 갖춘 경량 구조와 효율적인 열 확산을 가능하게 하는 동시에 대량 제조에도 적합하기 때문에 널리 선택됩니다.. 열 성능은 합금 화학의 영향을 받습니다., 국부적인 벽 두께, 표면상태, 하우징이 냉각 솔루션과 얼마나 잘 인터페이스되는지 (가공된 접촉면, TIM 전략, 및 패스너 예압 설계).

열 관리 구성요소	재료 사양	열전도율 (w/m · k)
주택구조 (다이캐스트)	Al-Si-Mg 합금 (예를 들어, AlSi10Mg, ADC12)	96 – 160
냉각판 베이스	압출 알루미늄 (예를 들어, 6xxx 시리즈)	180 – 210
구조용 접착제	충전된 폴리우레탄 / 에폭시	1.5 – 2.8
갭필러 (TIM)	세라믹이 탑재된 복합재 (80 중량% 필러)	2.2 – 3.2

알루미늄 합금 특성 및 방열

알루미늄은 강철 또는 고분자 복합재에 비해 열적 특성이 우수하기 때문에 최신 배터리 팩에서 주요 열 분산기 역할을 합니다.. 순수 알루미늄은 대략적인 열전도율로 벤치마크를 설정합니다. 210 w/m · k. 다음과 같은 원소를 합금하면서 규소 마그네슘은 주조성과 기계적 강도를 향상시킵니다., 이 전도성을 약간 감소시킵니다.. 구조용 다이캐스팅 합금, A356과 같은, ADC12, 또는 6xxx 시리즈, 일반적으로 다음 범위의 전도도 값을 유지합니다. 120 에게 200 w/m · k, 특정 성질과 화학 성분에 따라.

엔지니어들은 이러한 재료를 활용하여 15~35°C의 최적 작동 범위 내에서 리튬 이온 셀을 유지합니다.. 알루미늄 하우징은 급속 충전이나 대용량 방전 주기에서 발생하는 열을 흡수하여 냉각 시스템이나 외부 환경으로 전달합니다.. Bian Diecasting은 하우징이 효율적인 열 전도체 역할을 하는 동시에 충돌 방지에 필요한 구조적 강성을 제공하도록 합금 배합의 균형을 유지합니다.. 이 이중 기능으로 인해 과도한 보조 방열판이 필요하지 않습니다., 무게 절감 및 조립 복잡성 감소.

열 인터페이스 재료 (TIM) 및 전도도 측정법

전도성이 높은 알루미늄 하우징을 사용해도, 배터리 모듈과 냉각판 사이의 미세한 공극으로 인해 상당한 열 저항이 발생할 수 있습니다.. 열 인터페이스 재료 (TIM) 전도성 화합물로 공극을 채워 이러한 병목 현상을 제거합니다.. 구조용 접착제에 대한 현재 산업 표준은 다음과 같은 최소 열전도율을 요구합니다. 1.5 w/m · k. 고급 갭 필러는 이제 2.2~3.2 W/m·K에 도달하는 경우가 많습니다., 셀 표면에서 냉각 채널로의 신속한 열 전달 보장.

이러한 성능 수준을 달성하려면 종종 최대 80 중량%, 산화알루미늄과 같은 재료를 사용하여 (Al₂O₃). 제조업체는 점도 관리를 위해 가공 보조제를 사용합니다., 에어 포켓을 생성하지 않고 TIM이 균일하게 분산되도록 보장. 표준에서 TIM 업그레이드 0.2 W/m·K에서 고성능까지 2.2 W/m·K 변형으로 열 저항을 대폭 낮춤. 테스트에 따르면 이 업그레이드는 부하가 걸린 상태에서 개별 셀 온도를 1~2°C까지 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다., 열폭주 방지 및 배터리 수명 연장을 위한 임계 마진.

단계별 다이캐스팅 제조 공정

고압 다이캐스팅 (HPDC) 자동차 하우징의 경우 반복 가능한 프로세스입니다., 그러나 성공은 충전 안정성 제어에 달려 있습니다., 환기, 응고, 및 다운스트림 가공 데이텀. 일반적인 대량 생산 작업 흐름에는 다음이 포함됩니다.: 다이 준비 → 투여/샷 → 충전 & 강화 → 트리밍/디플래싱 → 폭파/직선화 (필요한 경우) → CNC가공 → 세척/건조 → 검사 → Leak Test (밀봉된 부품용) → 코팅/도장/분체도장 → 조립 & 포장.

다이 준비부터 고압 사출까지

고압 다이캐스팅 (HPDC) 금형의 정확한 준비부터 시작됩니다.. 제조업체는 두 부분으로 구성된 다이를 클램프합니다., 일반적으로 H13 공구강으로 가공됩니다., 샷 중에 생성되는 내부 압력을 견디기 위해 상당한 잠금 힘을 사용합니다.. 열충격을 완화하고 알루미늄이 강철에 납땜되는 것을 방지하기 위해, 다이 표면은 150~250°C의 작동 범위로 예열됩니다.. 자동화된 시스템은 사이클 사이에 1~5초 동안 윤활제 스프레이를 적용합니다., 다이 페이스를 보호하고 열 제거를 돕는 장벽 생성.

다음 준비, 금속 투여 및 주입 순서가 시작됩니다.. 로봇 국자가 일정량의 용융된 Al-Si-Mg 합금을 붓습니다., AlSi10Mg와 같은, 저온 챔버 기계의 샷 슬리브에. 유압 플런저가 빠르게 가속됩니다., 용융 금속을 다이 캐비티에 강제로 밀어 넣는 것. 이 주입 단계는 단 0.02~0.2초 만에 발생합니다., 금속이 유동성을 잃기 전에 벽이 얇은 배터리 하우징과 복잡한 형상을 채우는 데 필요한 속도.

응고, 방출, 및 사이클 관리

금속이 식으면서, 기계가 강화 단계에 들어갑니다., 10-175 MPa의 유압을 유지 (약 1,450–25,000psi) 응고 캐스팅에. 이러한 지속적인 압력은 가스 함유물을 압축하고 부피 수축을 보상합니다., 높은 재료 밀도와 구조적 무결성 보장. 다이 강철에 설계된 내부 냉각 채널은 열을 적극적으로 발산합니다., 미세 구조를 개선하고 열 피로로부터 공구를 보호하기 위해 응고 속도를 제어합니다..

부품이 제거에 적합한 강성 상태에 도달하면 프로세스 주기가 종료됩니다.. 이젝터 핀이 확장되어 주물을 금형 밖으로 밀어냅니다., 클램핑부터 배출까지의 전체 과정은 일반적으로 20~60초가 소요됩니다. 자동차 구조 부품. 배출된 “발사,” 배터리 하우징을 포함하는, 주자, 그리고 넘친다, 부품이 다운스트림 CNC 가공 또는 표면 처리 작업 흐름에 들어가기 전에 과도한 재료가 제거되는 트림 프레스로 진행됩니다..

정밀 제조를 통해 IP67 밀봉 달성

진입 보호 (예를 들어, IEC에 따른 IP67 60529) 밀봉 친화적인 형상과 제어된 제조 및 검증을 결합하여 달성됩니다.. 일반적인 설계 전략에는 개스킷 홈이 포함됩니다., 연동 리브, 씰링 인터페이스에 충분한 가공 여유를 두면서 직접적인 누출 경로를 최소화하는 조인트 개념.

제조 측면에서는, 씰링 신뢰성은 일반적으로 세 개의 연결된 제어 장치에 따라 달라집니다.:
(1) 주조 중 기공 위험 관리 (중요한 부품에 대한 시뮬레이션 및 진공 보조 프로세스를 통해 지원되는 경우가 많습니다.)
(2) 고객이 지정한 평탄도/거칠기 요구 사항을 충족하기 위해 씰링 평면 및 데이텀을 CNC 가공합니다., 그리고
(3) 누출 테스트 (필요에 따라 압력 감쇠/진공 방법) 각 생산 로트를 검증하거나 100% 부분품, 프로그램의 품질 계획에 따라. 이 “캐스트 + 기계 + 검증” 루프는 자동차 누출 방지 및 치수 안정성이 장기간 생산 기간 동안 일관되게 유지되어야 하는 하우징.

주조 중 냉각 시스템 통합

열 관리 관련 하우징용, 위험 및 비용 목표에 따라 다양한 방식으로 냉각 통합을 달성할 수 있습니다.: 캐스트인 리브 및 열 확산 기능, 냉각판용 가공 인터페이스 평면, 또는 통합 통로 및 조립 준비 인터페이스. 최선의 접근 방식은 밀봉 요구 사항과 함께 평가되어야 합니다., 서비스 가능성, 그리고 시스템이 어떻게 조립될 것인가 (패스너, 접착제, 팀, 그리고 관용).

금형 열 조절 및 채널 설계

최적의 금형 작동을 위해서는 뜨거운 오일이나 가압 수 시스템을 사용하여 금형 온도를 180~250°C 사이로 유지해야 합니다.. 엔지니어는 최소 직경이 8~12mm인 캐비티 표면 아래에 위치하도록 냉각 채널을 설계합니다. 8 mm, 응고 기간 동안 효율적인 열 추출 보장. 이러한 특정 형상은 조임력 하에서 다이 강철을 지지하는 데 필요한 기계적 강도와 신속한 열 제거 필요성의 균형을 유지합니다..

고급 온도 조절 장치 (TCU) 공정 조건을 안정화하기 위해 ±1°C 정확도 달성. 이 시스템은 지역적 온도 차이가 5°C를 초과하면 경보를 울리는 다중 구역 모니터링을 활용합니다., 불균일한 응고 방지. 뚜렷한 핫스팟이 있는 복잡한 형상의 경우, 제조업체는 다중 회로 냉각 네트워크와 부분 냉각 기술을 사용합니다., 제트펄스와 같은. 이러한 목표 냉각 방법은 고열 영역을 적극적으로 관리하여 전체 도구의 열 균형을 손상시키지 않으면서 주기 시간을 줄이고 납땜 위험을 완화합니다..

통합 현장 타설 냉각 회로

최근 고압 다이캐스팅의 발전으로 EN AW-6063 또는 EN AW-3003 알루미늄 튜브를 하우징에 직접 삽입할 수 있게 되었습니다.. 이 기술은 내부 냉각 경로가 있는 모놀리식 구성 요소를 생성합니다., 일반적으로 사용하는 12 mm 외경 튜브. 외부 냉각판이 필요 없음, 이 접근 방식은 누출 위험을 크게 줄이고 배터리 셀에서 냉각수 매체까지의 열 전도를 향상시킵니다..

생산 팀은 삽입된 튜브가 붕괴되는 것을 방지하기 위해 특별히 프로세스 매개변수를 보정해야 합니다.. 주조 압력은 일반적으로 600~1200bar이며 피스톤 속도는 2.5~4.5m/s로 제한됩니다.. 안정성을 더욱 확보하기 위해, 작업자는 삽입 튜브를 200°C로 예열합니다.. 이 예열 단계는 튜브가 용융 알루미늄과 접촉할 때 열 충격을 최소화합니다., 약 530°C에서 최고점에 도달함, 견고한 야금 결합과 일관된 흐름 경로 형상 보장.

후처리: 표면 밀봉을 위한 CNC 가공

주조된 표면은 씰링 요구 사항을 직접 충족하는 경우가 거의 없습니다., 따라서 CNC 가공은 일반적으로 커버 플랜지와 같은 기능적 인터페이스에 적용됩니다., 개스킷 홈, O-링 랜드, 베어링/로케이터 시트, 및 스레드 기능. 가공 목표는 안정적인 데이텀을 제공하는 것입니다., 제어된 평탄도, 고객의 씰링 전략 및 검증 방법과 일치하는 표면 마감./

풍부한 CNC능력과 자체검사 보유 (예를 들어, CMM 및 치수 측정 도구), Bian Diecasting은 “캐스팅”을 실행할 수 있습니다. + 정밀 가공 + 검증”을 하나의 통제된 프로세스로, 종종 변동을 초래하는 공급업체 핸드오프 감소. 가공 후, 세척/건조 및 누출 테스트를 밀봉이 중요한 하우징의 생산 흐름에 통합하여 고객 조립 시 후기 단계의 고장 위험을 줄일 수 있습니다..

EV 하우징 생산의 품질 관리

EV 배터리 하우징의 품질 관리는 엄격한 환경 관리와 자동화된 물리적 테스트를 결합합니다.. 생산 라인에서는 ISO를 활용합니다. 14644-1 클린룸 (7~8학년) 오염을 최소화하기 위해, 3D 레이저 용접 검사와 라인 말단 압력 누출 테스트를 통해 구조적 무결성을 검증하여 IP67 밀봉을 보장합니다..

ISO 14644 클린룸 표준 및 오염 제어

EV 배터리 구성 요소의 제조 환경은 셀 안전이나 전기 절연을 손상시킬 수 있는 미세한 오염을 방지하기 위해 엄격한 청결 프로토콜을 준수해야 합니다.. 생산 시설에서 ISO를 구현합니다. 14644-1 표준, 일반적으로 ISO 클래스 할당 7 또는 수업 8 일반 하우징 조립 및 팩 통합을 위한 환경. 더욱 민감한 업스트림 프로세스, 셀 제조 또는 모듈 스태킹 등, 종종 ISO 클래스가 필요합니다 5 또는 수업 6 구역, 입자 제한은 3,520개 입자 이하로 엄격하게 적용됩니다. (≥0.5μm) 입방미터당.

입자 제어를 넘어, 습기로 인한 분해로부터 리튬 이온 화학 물질을 보호하려면 습도 조절이 중요합니다.. 밀봉 공정 중 안정적인 노점을 유지하기 위해 초저습 건조실이 조립 라인에 통합되었습니다.. 이러한 환경 제어는 보다 광범위한 품질 관리 프레임워크 내에서 작동합니다., IATF와 같은 16949. 검증 프로토콜, 설치 자격 포함 (IQ), 운영 자격 (OQ), 및 성능 자격 (PQ), 모든 클린룸 시스템이 자동차 등급 배터리 안전에 필요한 엔지니어링 사양을 일관되게 충족하는지 확인.

자동 용접 검사 및 라인 말단 누출 테스트

구조적 무결성과 밀봉 성능은 라인에서 나가는 모든 장치에 적용되는 고정밀 검증 방법에 따라 달라집니다.. 배터리 하우징에는 종종 다음이 포함됩니다. 150 필요한 개별 용접 이음새 100% 점검. 3D 레이저 삼각측량을 사용하는 자동화된 비전 시스템은 이 이음새를 실시간으로 스캔하여 미세한 결함을 감지합니다., 다공성, 또는 차량 G 하중 하에서 구조적 결함을 초래할 수 있는 기하학적 편차.

인클로저가 IP67 침투 보호 표준을 충족하도록 보장합니다., 제조업체는 최종 라인 압력 감쇠 테스트를 의무화합니다.. 이 프로세스는 공기 또는 추적 가스로 하우징에 압력을 가하고 설정된 체류 시간 동안 압력 손실을 모니터링하여 누출 경로를 식별합니다.. 보완적인 비파괴 테스트, X선 탐상, 좌표측정기 등 (CMM) 분석, 내부 주조 밀도 및 치수 정확도 검증. 이러한 엄격한 검사를 통해 하우징이 차량 수명 주기 전반에 걸쳐 내부 압력 차이와 외부 환경 스트레스 요인을 견딜 수 있는지 확인합니다..

사례 연구: A등급 1 공급업체의 배터리 하우징

e-드라이브에 대한 일반적인 과제 / 인버터 / 밀폐형 하우징은 얇은 벽의 복잡성과 다공성 제어 및 안정적인 가공 데이텀의 균형을 유지합니다.. 일반적인 개선 프로젝트에서, 중요한 가공 가치가 이미 추가된 후 누출 테스트 실패와 같이 최종 단계에서만 문제가 나타날 수 있어 불량품 및 일정 위험이 발생합니다..

입증된 완화 경로는 "결함 방지"를 업스트림으로 이동하는 것입니다.: 성형 흐름 분석을 사용하여 난류 및 공기 포착 위험 식별, 게이팅/오버플로우/벤팅 설계 최적화, 다공성에 민감한 구역에 대한 진공 보조 다이캐스팅을 평가합니다.. 하류, X-Ray 검사 결합 (프로그램에서 요구하는 대로), 데이텀 안정성을 위한 CMM 측정, 루프를 닫기 위한 누출 테스트 - 프로세스 조정이 신속하게 확인되고 생산이 안정적으로 이루어질 수 있습니다., 장기 공급을 위한 반복 가능한 수율.

최종 생각

효과적인 EV 배터리 하우징을 만들려면 구조적 강화와 질량 감소 사이의 정확한 균형이 필요합니다.. 고압 다이캐스팅을 통해 엔지니어는 충돌 방지 기능과 열 관리 채널을 완벽하게 통합하는 모놀리식 알루미늄 부품을 생산할 수 있습니다.. 합금 선택 최적화 및 고급 토폴로지 시뮬레이션 활용, 제조업체는 차량의 주행 거리나 섀시 역학을 손상시키지 않고 측면 기둥 충격을 견디는 데 필요한 기계적 강도를 달성합니다..

신뢰성은 궁극적으로 엄격한 프로세스 제어 및 검증에서 비롯됩니다.. 일관된 IP67 밀봉을 달성하려면 견고한 설계 그 이상이 필요합니다.; 밀봉 무결성을 보장하려면 결합 표면의 정확한 CNC 가공과 자동화된 압력 감쇠 테스트가 필요합니다.. 전기 자동차 아키텍처가 발전함에 따라, 이러한 복잡한 제조 작업 흐름을 실행하는 능력은 내구성을 구별합니다., 조기 환경 장애가 발생하기 쉬운 고성능 배터리 시스템.

자주 묻는 질문