Envalior presenta mejores prácticas para aumentar la seguridad y fiabilidad en vehículos eléctricos en la Conferencia SPE EAV 2023

La Society of Plastics Engineers (SPE) organizó la conferencia Electric & Autonomous Vehicle (EAV) 2023 en Troy, Michigan, en abril de 2023. Keith Kauffmann, application development engineer de Envalior, anteriormente Envalior y Lanxess Performance Materials, impartió una sesión titulada Next Gen Materials to Increase Safety and Reliability in Electrical Powertrains durante la conferencia de tres días, a la que asistieron más de 700 profesionales del sector.

La presentación de Kauffmann se centró en cómo los vehículos eléctricos (EV) están impulsando un cambio en los requerimientos de perendimiento de los termoplásticos de ingeniería y la continua investigación y desarrollo en Envalior para crear materiales que satisfagan las necesidades de rendimiento de las aplicaciones para vehículos eléctricos (EV).

Nuevas aplicaciones y tendencias generan nuevas oportunidades en la industria

A medida que la industria transiciona de vehículos con motor de combustión interna (ICE) a vehículos eléctricos (EV), se produce una transformación en la arquitectura del sistema de propulsión y en la fuente de recarga—pasando de gasolina a carga eléctrica. A medida que los paquetes de baterías, motores de tracción y conectores de alto voltaje se convierten en los principales componentes de la cadena cinemática de los EV, existen impactos técnicos en los materiales utilizados en todas estas aplicaciones, tales como:

• Una disminución de la temperatura global de operación del vehículo en los EV, lo que conduce a una menor degradación oxidativa de los componentes debido a las altas temperaturas
• Tiempos de exposición más prolongados a soluciones de agua/glicol, ya que los paquetes de baterías normalmente requieren refrigeración constante incluso cuando el vehículo no está en funcionamiento
• Una reducción de la preocupación por el desgaste y la fricción — aún existe desgaste y fricción en los EV debido a los motores y rodamientos, pero es en menor medida que en la tecnología ICE
• Disminución en el uso de aceites tradicionales, como los aceites de lubricación del motor, lo que reduce la necesidad de resistencia a aceites en los componentes plásticos de la cadena cinemática.
• Incremento en el uso de aceites para refrigeración de E-motors de alta densidad de potencia

Otros impactos técnicos en los EV incluyen la necesidad de materiales con alto índice comparativo de seguimiento (CTI) y mayores capacidades de aislamiento eléctrico debido a los sistemas de baterías de alto voltaje.

Las tendencias son velocidades de carga más rápidas y la migración de plataformas de bajo a alto voltaje, de 400V a 800V o más. Esto ha impulsado la necesidad de mayores requisitos de aislamiento y una refrigeración más eficaz.

“Una menor corriente reduce la pérdida de potencia por calory permite mantener la velocidad máxima de carga durante un mayor periodo de tiempo, y una de las formas más eficaces de aumentar la velocidad de carga es incrementar el voltaje en lugar de la corriente. Por lo tanto, estamos observando sistemas de baterías de mayor voltaje. Sin embargo, aunque intentamos encontrar el equilibrio entre corriente y voltaje para abordar la potencia de carga, la carga rápida puede generar un aumento localizado de temperatura que requiere materiales con alta capacidad de aislamiento y estrategias de refrigeración”, explicó Kauffmann.

Otro impacto en las tendencias tecnológicas es la necesidad de refrigeración por aceite para los E-motores. Los componentes plásticos dentro de los motores deben ser resistentes a los aceites específicos para E-motor con tasas de exposición prolongadas.

“Al considerar las arquitecturas de pila de combustible y vehículos eléctricos, existen muchos tipos de desafíos que deben tenerse en cuenta, incluyendo CTI antes y después del envejecimiento, envejecimiento por aceite, corrosión eléctrica y exposición prolongada a refrigerantes”, añadió Kauffmann. “Es fundamental mantener las propiedades de aislamiento y mecánicas, y esto requiere comprender los efectos del envejecimiento a largo plazo en los rangos de temperatura apropiados.”

Solución de problemas de fisuración en el ciclado térmico de componentes de alto voltaje

Uno de los principales problemas en las barras colectoras sobreinyectadas es el desarrollo de fisuras debido al ciclado térmico. Es fundamental evitar las fisuras para impedir la fuga de corriente. En muchos de estos componentes para vehículos eléctricos, el plástico se sobreinyecta sobre el metal, típicamente cobre. La fisuración puede ocurrir durante el ciclado térmico debido a la acumulación de tensiones en el plástico como consecuencia de las diferencias en el CLTE (coeficiente de expansión térmica lineal) entre el plástico y el cobre.

Garantizar la fiabilidad en aplicaciones electrónicas automotrices

Controlar la cantidad de haluros en conectores, sensores, ECUs y PCUs es esencial. A medida que los conectores desempeñan un papel más relevante en la arquitectura de los vehículos eléctricos, la fiabilidad de los terminales es fundamental. Factores como altas temperaturas, elevada humedad, gases reactivos, potencial eléctrico y el tiempo pueden provocar corrosión. Los haluros inorgánicos y los aditivos iónicos empleados para mejorar la resistencia a la llama de los plásticos pueden formar ácidos que corroen los contactos eléctricos tras una exposición prolongada a la humedad y al calor. Esto puede ocasionar fallos en los componentes electrónicos que podrían comprometer las funciones de seguridad del vehículo.

«Para conectores y sensores, el objetivo es mantener los haluros por debajo de 100 ppm, y menos de 50 ppm en aplicaciones más críticas», comentó Kauffmann. «Nuestros materiales FR están en el rango de 20-30 ppm (estándar).»

Kauffmann añadió: «Observamos una mayor necesidad de considerar los requisitos de ensayo de inflamabilidad UL94 en muchas aplicaciones plásticas para vehículos eléctricos, especialmente cuando los materiales están cerca de componentes de alta tensión (HV). A menudo se requiere la certificación UL94 V0, con la ocasional exigencia de la certificación 5VA.»

Envalior dispone de varios materiales libres de halógenos que cumplen con la certificación V0, incluyendo PA6, PA66, PA46, PA410, PPS y PPAs.

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