Gestión del calor - Desafíos para los vehículos eléctricos

La transición a los sistemas de propulsión eléctrica y la creciente importancia de la conducción autónoma plantean numerosos retos nuevos. La gestión térmica, o mejor dicho, la comunicación térmica y la refrigeración de los componentes eléctricos, desempeña un papel crucial. Si bien existen numerosos materiales de aislamiento térmico, las soluciones más comunes para el sector de la automoción son los rellenos de huecos (GFL) y las almohadillas Softtherm (relleno), que pueden personalizarse según las necesidades del cliente.

Según los últimos cálculos del Ministerio Federal de Medio Ambiente, Alemania no alcanzará su objetivo climático de reducir las emisiones de CO2 en más del 40 % para 2020. A diferencia de las tendencias en otros sectores, las emisiones de gases de efecto invernadero del sector del transporte incluso han experimentado un ligero aumento en comparación con el año de referencia 1990 y son responsables de una quinta parte de las emisiones totales en Alemania. El aumento de la eficiencia de los vehículos no ha podido compensar factores contrapuestos, como el aumento del volumen de tráfico y la eficiencia del motor. El nuevo plan de protección climática del gobierno federal exige una reducción del 40-42% en las emisiones de gases de efecto invernadero del sector del transporte para 2030, lo que representa solo una pequeña parte del objetivo de 2 °C establecido en el Acuerdo de París sobre el Clima. Los sistemas de propulsión alternativos son esenciales para alcanzar el objetivo promedio de emisiones de 95 g de CO2/km para los automóviles. Si se superan estos valores, los fabricantes de automóviles se enfrentan a fuertes multas. Este mecanismo de precios tiene un impacto positivo en los automóviles de bajas emisiones. Es necesario un cambio de mentalidad global en la industria automotriz.

Materiales térmicos

Según las previsiones de los principales fabricantes alemanes de automóviles, todos los automóviles más vendidos también estarán disponibles como vehículos eléctricos a más tardar en 2030, un objetivo extremadamente ambicioso. Aspectos como el aumento constante de la densidad de potencia o la mayor transferencia de calor por superficie (W/m²) y la "carga de alta potencia" provocan un aumento de la temperatura de los componentes y, en consecuencia, una reducción de los tiempos de funcionamiento en las aplicaciones. La refrigeración térmica eficiente de los componentes eléctricos mediante la conexión de una fuente de calor a un disipador, manteniendo al mismo tiempo el efecto de aislamiento eléctrico, es un requisito previo para alcanzar altos estándares de calidad en el sector de la automoción. Esta conexión, junto con la superación de tolerancias, holguras o inclusiones de aire en los componentes, puede lograrse individualmente utilizando una amplia gama de materiales KERAFOL, distribuidos por DACPOL, en función de los requisitos de conductividad térmica (W/mK) y la diferencia de temperatura deseada ΔT.

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Gestión térmica para la movilidad eléctrica

La transición a los sistemas de propulsión eléctrica y la creciente importancia de la conducción autónoma plantean aplicaciones y desafíos completamente nuevos en el campo de la gestión térmica. La relación funcional entre la temperatura de funcionamiento de una batería y su ciclo de vida máximo alcanzable está suficientemente demostrada, lo cual puede expresarse con gran precisión mediante la siguiente regla:

"Reducir la temperatura de funcionamiento en 10 °C duplica la vida útil de las celdas de la batería."

La autonomía neta de un coche eléctrico también depende significativamente de la temperatura de funcionamiento de la batería y, por lo tanto, indirectamente, de la refrigeración térmica presente. Además del concepto de fuentes de alimentación conectadas térmicamente, el "coche del futuro" también requiere soluciones para componentes eléctricos en las áreas de LED, tecnología de sensores, red de a bordo y el inversor, uno de los elementos fundamentales del sistema de propulsión eléctrica.

Gestión térmica en coches eléctricos

Rellenadores de huecos líquidos

Especialmente para grandes volúmenes, los GFL de dos componentes son una solución eficaz y económica. Para lograrlo, ambos componentes de elastómeros de silicona con relleno cerámico se mezclan en un tubo mezclador y se aplican directamente al componente (p. ej., una carcasa metálica) mediante un sistema de dosificación. En el siguiente paso, los componentes electrónicos (p. ej., IGBT, condensadores, etc.) se unen al compuesto sin curar bajo una ligera presión, logrando una distribución uniforme del compuesto y, en consecuencia, un espesor específico, así como parámetros eléctricos y térmicos reproducibles. La reticulación o curado del compuesto se realiza a temperatura ambiente y dura aproximadamente una hora, pero se puede personalizar bajo pedido. Además, el GFL, gracias a su baja conductividad térmica, presenta una alta autoadhesividad, lo que resulta muy útil durante el ensamblaje. Sin embargo, si se desmonta, el KERAFOL GFL se puede volver a extraer, lo cual no siempre es habitual en el mercado.

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"KERAFOL GFL se utiliza en todo el mundo para refrigerar inversores, baterías y muchos otros componentes eléctricos."

En comparación con los sistemas a base de poliuretano o epoxi, el GFL a base de silicona absorbe y compensa las vibraciones mucho mejor.

Este efecto se ve facilitado por la alta suavidad del GFL. Además, la baja viscosidad del GFL facilita su manejo y tiene un efecto suave en el sistema de dosificación, como lo confirman fabricantes líderes de sistemas de dosificación como ViscoTec, bdtronic y Scheugenpflug.

Almohadillas Softtherm

Para muchas conexiones térmicas en el sector de la movilidad eléctrica, las cintas y almohadillas termoconductoras clásicas siguen siendo la tecnología más avanzada.

En particular, los elastómeros reticulados a base de silicona, más conocidos como almohadillas Softtherm Gap Pads, pueden desempeñar un papel clave en la refrigeración térmica (rango de potencia de hasta 6 W/mK) de componentes electrónicos gracias a sus diversas propiedades específicas.

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Gracias a la alta flexibilidad y la enorme resistencia mecánica de las almohadillas Softtherm, se pueden adaptar grandes dimensiones de holgura y altas tolerancias de los componentes. Además de soluciones individuales, como un recubrimiento adhesivo de una sola cara para la fijación de componentes o un refuerzo de fibra de vidrio para una mayor estabilidad mecánica, las láminas de doble capa (requeridas por normativas específicas) también pueden aportar un valor añadido significativo al cliente.

KERAFOL, junto con DACPOL, lleva muchos años satisfaciendo las necesidades específicas de sus clientes y encontrando la solución adecuada para cada aplicación. Independientemente de qué "material conductor térmico" sea la mejor solución desde una perspectiva técnica y económica.