電気自動車部品向け精密金属プレス加工：材料、公差、品質要件

電気 車両は、電力伝送を円滑にし、電子接続を行い、長年にわたり極端な温度や機械的ストレスに耐える、数百もの微細な金属部品で構成されています。これらの部品のほとんどは、端子や充電コネクタなどの精密金属プレス加工部品であり、年間数百万個にも及ぶ大量生産が行われています。小さな電力伝送バーや接点のわずかな位置ずれでも、電圧降下、局所的または全体的な放熱、あるいはバッテリーパック内部の接続不良につながる可能性があります。現在、自動車グレードのプレス加工はISO/IATF 16949規格に準拠しています。

多くのEV部品サプライヤーは、主要な接触面において±0.001インチという厳しい公差を設定しています。この記事では、EVプロジェクト向けにプレス加工部品を調達する際に注意すべき、適切な材料の選定、公差目標の設定、品質チェック、その他の重要な要素について説明します。

バッテリー部品と電気接点

バッテリーパックは、電気自動車において最も設計が難しい部品の一つと言えるでしょう。セルコネクタ、端子タブ、接点スプリングなど、すべてが密閉されたバッテリーケース内に収められており、車両の寿命を通して温度と機械的ストレスが上昇し続けます。バッテリー内部の部品が緩んでいたり酸化していたり​​すると、局所的な発熱や車両の故障につながる可能性があるため、許容誤差や材料の選択は、車両の他のどの部分よりも重要になります。

銅端子とその役割

銅製の端子は、電池、モジュール、さらには車両のハーネスなど、ある部品から別の部品へと電気を流す経路として機能します。

純銅やC110などの銅合金0,C5191,C7025,C18160,C18150エネルギー損失はほとんどありません。導電率は100% IACSに近づくこともあり、大きな電気負荷がかかっても発熱を抑えることができます。端子の厚さは通常0.2mmから1.5mmで、プレス加工されたエッジにはバリがないようにする必要があります。エッジが粗いと電流の抵抗が増加し、材料との界面での温度が上昇するだけです。

メッキ加工によって保護コーティングが施されます。

• 錫メッキは、通常の腐食に対して非常に効果的です。腐食層がさらなる腐食を防ぐだけでなく、非常に滑らかなはんだ付けを可能にします。
• 銀メッキされた表面は超低抵抗の接点を生み出すため、まさにこのような高出力端子に使用されているのです。
• ニッケルメッキされた部品は、パック内部のような比較的高温になる場所でも腐食に強く、そのため長期間の屋外使用に適しています。

電気接点とスプリング設計

バネ接点による電気接続は、デバイスの成功と耐久性にとって重要な要素です。プレス加工されたバネ接点は、弾丸の破片に似ていることからそのように呼ばれており、弾丸自体は無数の挿入と取り外しを繰り返しても形状を維持することが知られています。そのため、ベリリウム銅とリン青銅は、連続的な曲げ加工後もバネとしての特性を維持できることから、この用途に最適な材料と考えられています。

スプリング接点が機能不全に陥ると、断続的な接続が発生します。つまり、実際にはダッシュボードのインジケーターが断続的に点滅したり、適切な充電が行われなかったりする可能性があり、後になってその問題に気づき、大きなトラブルを引き起こすことになります。

バスバー および充電コネクタ

バッテリーパック、インバータ、モーター間で大電流を伝送するためにバスバーを使用するのはごく一般的です。ワイヤーハーネスとは異なり、プレス加工されたバスバーは、より小さな面積でより大きな電流を流すことができる、固定された非常に低抵抗の経路を提供します。

ほとんどのEVバスバーは、厚さ1mmから4mmの銅またはアルミニウムの板材で作られています。プレス加工後、バッテリーパックのレイアウトに完全に合うように再成形されます。

充電コネクタは、配線に関して様々な要件を満たす必要がある。

場合によっては、DC急速充電コネクタは鉛筆の芯ほどの大きさのピンを介して350kWを超える電力を伝送することがあります。このような場合、充電セッション中にアーク放電や過熱を防ぐために、コネクタに使用される端子は銅またはプレス加工された金属材料で作られ、表面仕上げがきれいで、内部が非常に精密に適合している必要があることがわかります。

Fortuna Metalsが製造する充電銃用の部品の中には、新エネルギー車プログラム向けに作られた銅製端子があり、プラグアンドプラグのサイクルが繰り返されるため、同社は厳しい公差に耐えなければなりません。

バスバーで確認すべき主要仕様

バスバー設計の承認手続きを進める際には、サプライヤーに以下の仕様を要求することを忘れないでください。

現在の容量が平均使用量のみに基づいて算出されているのではなく、実際の稼働状況も考慮に入れていることを確認してください。

• 接触面のめっき厚さ（通常はミクロン単位で測定）
• バスバーの長さ全体にわたって均一性を保つことが重要です。曲がった部分があると、接触圧力が変化するためです。
• バスバーの一部が他の導電性部品に近づく場合の絶縁コーティング

導電性と耐食性を考慮した材料選定

電気自動車の様々な部品に使用される材料は、バッテリーの化学物質、路面の塩分、冷却液にさらされるだけでなく、これらの車を運転する際に伴う振動による絶え間ない動きにもさらされる、という話を聞いたことがあるかもしれません。

したがって、材料の選択肢には、長期間にわたる強度と耐腐食性に加えて、導電性も考慮する必要があります。部品が寿命前に故障すると、保証交換の費用が莫大になるだけでなく、安全に関わる部品の場合は、生命に関わる事態にもなりかねません。

銅 導体は最高の電気伝導性を持つが、バッテリーパック内部の湿気から保護するためにメッキまたはコーティングを施す必要がある。アルミニウムは伝導性は劣るものの、はるかに軽量である。これは、バッテリー重量が走行距離に直接影響する電気自動車では重宝される特性である。バッテリーモジュールを収容するステンレス鋼製の構造ブラケットは、電気伝導性よりも機械的強度と耐錆性が重要な要素であるため、よく見られる。

製造における寸法の一貫性

ライドシェア車両は長期間使用できる必要があり、同時にバッテリーの生産も進められるため、製造される部品の品質に一貫性が求められます。つまり、サプライヤーは部品番号1番と100万番の部品の公差が同じであることを保証しなければなりません。寸法の一貫性は、金型の摩耗管理、プレス機のメンテナンス、および製造工程における検査によって確保されます。サプライヤーを評価する際には、これらの活動を考慮に入れるべきです。

• 重要な寸法のみにプロセス管理図を使用してください。
• 製造された各バッチの品質チェックには、座標測定機を使用してください。
• 金型のメンテナンスは、目視検査だけでなく、ストローク数に基づいて行うべきである。
• バッテリーモジュールサプライヤーは、サンプリング段階後、量産開始前に、新たに開発されたすべてのツールの初回製品検査報告書を提出する必要がある。

こうした検査を怠るサプライヤーは、初日は仕様を満たす部品を納入するかもしれないが、6ヶ月後には徐々に仕様から逸脱し始め、プレス機から遠く離れた場所で組立ラインの問題が発生する可能性がある。

ブラケットおよび構造支持部品

電気自動車のプレス加工部品すべてが電流を流すわけではありません。ブラケットは主に、車両の使用期間を通して、バッテリーモジュール、配線ハーネス、冷却ラインを車内で支えるために使用されます。これらの部品は、路面からの振動やバッテリーパックの近接による温度変化に常にさらされます。そのため、材料の疲労耐性は、強度と同様に重要です。ステンレス鋼とコーティングされた炭素鋼は、ブラケット用途で非常によく使用されます。これらの選択は通常、重量制限と取り付け場所の腐食の可能性に基づいて行われます。

最も重要な品質要件

IATF 16949 は、自動車または部品サプライチェーンのサプライヤーが特に使用する品質規格のセットです。IATF 16949、ISO 9001、および ISO 14001 環境マネジメントシステムの認定を受けたサプライヤーは、プロセス管理、トレーサビリティ、継続的改善を含む複数の監査に合格しています。Fortuna Metals は、IATF 16949: 2016、ISO 9001: 2015、および ISO 14001: 2015 の認証を受けています。同社は、25 トンから 300 トンまでのプレス加工に 80 台以上のプレス機を使用し、その他の作業に 40 台以上の CNC マシンを使用する認証済みのプレス加工会社です。

認証以外にも、サプライヤーに関して調べておくべき事項を以下に挙げます。

• 各リールまたはコイルのミル証明書に基づく材料トレーサビリティ
• 環境コンプライアンスおよび報告（EUに出荷される部品のCBAMを含む）
• 金型の調整が必要な場合、それほど長く待つ必要がないかもしれません。そのため、現場で金型の設計や修理作業を行う能力が不可欠となる可能性があります。
• 電気自動車の部品が複数の国から輸出され、最終組み立て工程で組み立てられる場合、国際的な輸出経験を持つ企業が必要となる可能性が高い。

最後に

部品 電気自動車（EV）の部品製造には、高精度な金属プレス加工技術が不可欠です。長期間にわたり、膨大な数の部品において、導電性、耐腐食性、寸法精度を一定に保つことは、金属プレス加工工場にとって非常に困難ですが、同時に非常に重要な課題です。自動車関連の認証を取得し、社内に金型製作能力を持ち、銅端子、バスバー、充電コネクタなどの製品で確かな実績を持つサプライヤーと協力することで、プロトタイプ段階から本格的な量産段階まで、プロジェクト開発プログラムの基盤をより強固なものにすることができます。

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よくある質問

1.電気自動車のプレス加工部品には通常、どの程度の公差が必要ですか？

接点などの最も重要な部品は、±0.001～±0.003インチという非常に厳しい公差で製造されます。一般的な工業部品は通常、そこまで厳しい公差ではありません。

2.電気自動車の端子やバスバーに銅が使われるのはなぜですか？

高電流負荷時に非常に低い抵抗値を維持するには、導電率100%の銅を使用するのが最善策です。

3.電気自動車部品サプライヤーはどのような認証を取得すべきですか？

IATF 16949:2016認証に加え、品質マネジメントシステムと環境マネジメントシステムの両方についてISO 9001:2015およびISO 14001:2015認証を取得しています。

4.電気自動車のバッテリーパックに使用される一般的なバスバーの厚さはどのくらいですか？

それらの大部分は厚さが1mmから4mmで、どれだけのスペースを確保できるか、また部品にかかる電流負荷がどれだけ大きいかによって厚さが異なります。

5.電気自動車の生産において、寸法の一貫性がより重要視されるのはなぜですか？

電気自動車の生産期間は非常に長く、部品も大量に必要となるため、時間の経過とともに蓄積されるわずかなばらつきでも、長期的には組み立て上の問題や深刻な安全上の問題につながる可能性があります。