Los plásticos hacen su caja en las carcasas de las baterías

Dec 09, 2023

Stephen Moore | 02 de julio de 2022

A medida que aumenta la producción de vehículos eléctricos (EV) y el desarrollo de infraestructuras de carga hace que los viajes más largos sean más factibles, los fabricantes de automóviles tienen la responsabilidad de reducir aún más la masa del vehículo. Una de las aplicaciones restantes relativamente sin explotar es la carcasa de la batería. Varias alianzas y empresas individuales están compitiendo para desarrollar soluciones comerciales.

Lanxess y Kautex Textron, por ejemplo, están experimentando con resinas termoplásticas directas de fibra larga (D-LFT) y poliamida 6 (PA 6) en un estudio de viabilidad. Aimplas, por su parte, está desarrollando carcasas estructurales sostenibles para baterías de vehículos ligeros basadas en compuestos termoplásticos de fibra larga reutilizables y reciclables. Los paquetes de baterías descargadas serán intercambiables en caliente. En otros desarrollos, Vestaro Consortium está adoptando un enfoque novedoso basado en compuestos de moldeo de láminas livianos para carcasas de módulos de baterías de alto voltaje.

También se están haciendo avances en los componentes periféricos de la batería de los vehículos eléctricos, con Lanxess nuevamente a la cabeza. Según el proveedor de nailon, PA 6 y PA 66 son materiales con propiedades muy similares, pero con frecuencia compiten entre sí. Recientemente, la tensa situación de los precios del PA 66 y su disponibilidad temporalmente limitada han resultado en su reemplazo por el PA 6 incluso en aplicaciones tradicionales. Sin embargo, los nuevos desarrollos en componentes que normalmente se han hecho a partir de PA 66 ahora se implementan cada vez más directamente en PA 6.

Un ejemplo actual es la cubierta de un cargador de batería a bordo utilizado en un vehículo EV compacto fabricado por un fabricante de automóviles alemán. Está compuesto por Durethan BKV50H3.0 de Lanxess, altamente reforzado con un 50% en peso de fibra de vidrio corta. El fabricante del sistema que consiste en la cubierta y el cargador es Leopold Kostal GmbH & Co. KG (Luedenscheid, Alemania), un proveedor global de sistemas eléctricos solares, industriales y automotrices, así como sistemas de conectores eléctricos.

Esta aplicación a gran escala subraya el hecho de que los compuestos PA 6 no necesariamente tienen que estar estabilizados por hidrólisis para usarse en aplicaciones de enfriamiento con refrigerantes de agua y glicol en vehículos eléctricos. “Suponemos que en el futuro, los productos de poliamida 6 de este tipo serán muy comunes en la producción en masa de cubiertas y otros componentes de gestión térmica para vehículos eléctricos. Ese es especialmente el caso de aplicaciones como conectores de fluidos o unidades de control en el sistema de refrigeración. sistema", explica el Dr. Bernhard Helbich, Technical Key Account Manager de la unidad de negocio de materiales de alto rendimiento de Lanxess.

Los componentes de plástico en el circuito de enfriamiento de los motores de combustión han sido durante mucho tiempo el dominio de PA 66. Esto se debe a que el termoplástico es altamente resistente a los refrigerantes calientes, como las mezclas de agua y glicol. Sin embargo, los requisitos en la gestión térmica de los sistemas de propulsión puramente eléctricos se están desplazando hacia temperaturas más bajas. Para los vehículos totalmente eléctricos, la resistencia térmica a largo plazo de los compuestos de poliamida 6 a las mezclas de agua y glicol es suficiente para la mayoría de las piezas, incluso para los tiempos de estrés significativamente más largos en algunos casos. Así, la cubierta soporta permanentemente temperaturas de hasta 85°C durante el funcionamiento del vehículo sin ningún problema y se alcanzan cargas de rotura de hasta 10 bar. Las pruebas a largo plazo en muestras también revelaron que las propiedades mecánicas del compuesto en mezclas de agua y glicol apenas disminuyen. incluso después de 1.500 horas de almacenamiento a 110°C y una presión de 1,5 bar. Como resultado, el material cumple con los requisitos técnicos de un importante fabricante de automóviles alemán para componentes de vehículos eléctricos refrigerados por agua.

Con alrededor de 29 cm de largo y 12 cm de ancho, la cubierta tiene una longitud de brida considerable. La tapa, junto con un sello, se atornilla a la carcasa de aluminio del cargador. La alta resistencia y rigidez que muestra el compuesto PA 6 asegura que la cubierta cumpla con estrictos requisitos de estanqueidad. Helbich comenta: "Con ese fin, optimizamos las propiedades de los componentes mecánicos en estrecha colaboración con Kostal y, al simular el llenado, determinamos cómo se pueden lograr los valores mínimos de contracción y deformación en el proceso de moldeo por inyección".

Además, Durethan BKV50H3.0 emplea una estabilización térmica H3.0 libre de cobre que no produce corrosión eléctrica en las piezas metálicas del circuito de refrigeración. Es resistente a los medios que normalmente se encuentran en el funcionamiento de los vehículos eléctricos, como aceites, grasas, electrolitos de batería y sal para carreteras.

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