Envalior apresenta práticas recomendadas para aumentar a segurança e fiabilidade dos veículos elétricos durante a Conferência SPE EAV 2023

Em abril de 2023, a Society of Plastics Engineers (SPE) organizou a conferência Electric & Autonomous Vehicle (EAV) de 2023 em Troy, Michigan. Keith Kauffmann, application development engineer da Envalior, anteriormente Envalior e Lanxess Performance Materials, apresentou uma sessão sobre Materiais de Nova Geração para aumentar a segurança e fiabilidade em powertrains elétricas.

A Society of Plastics Engineers (SPE) organizou a conferência Electric & Autonomous Vehicle (EAV) 2023 em Troy, Michigan, em abril de 2023. Keith Kauffmann, engenheiro de desenvolvimento de aplicações da Envalior, anteriormente Envalior e Lanxess Performance Materials, apresentou uma sessão sobre Next Gen Materials to Increase Safety and Reliability in Electrical Powertrains durante os três dias da conferência, com participação de mais de 700 profissionais do sector.

A apresentação de Kauffmann concentrou-se na forma como os veículos eléctricos (EVs) estão a impulsionar uma mudança nas exigências de pedesempenho dos termoplásticos de engenharia e a investigação e desenvolvimento contínuos na Envalior para criar materiais que respondam às exigências de desempenho das aplicações em veículos elétricos.

Novas aplicações e tendências trazem novas oportunidades para a indústria

Com a transição da indústria dos motores de combustão interna (ICE) para veículos elétricos (EV), assiste-se a uma transformação na arquitetura do sistema de propulsão e na fonte de abastecimento—de gasolina para carregamento elétrico. À medida que os módulos de bateria, motores de tração e conectores de alta tensão se tornam os principais componentes do sistema de propulsão dos EV, existem impactos técnicos nos materiais utilizados em todas estas aplicações, tais como:

Uma redução das temperaturas globais de funcionamento do veículo em EV, levando a uma diminuição da degradação oxidativa das peças devido a temperaturas elevadas
Tempos de exposição mais longos a soluções de água/glicol, já que os módulos de bateria normalmente requerem arrefecimento constante, mesmo quando o veículo está imobilizado
Uma diminuição das preocupações relativas a desgaste e fricção—continua a existir desgaste e fricção nos EV, especialmente nos motores e rolamentos, mas em menor grau comparativamente à tecnologia ICE
Uma redução dos óleos tradicionais, como os óleos de lubrificação de motores, que exigem resistência a óleos em qualquer componente plástico do sistema de propulsão.
Um aumento na utilização de óleos para arrefecimento de E-motors de alta densidade de potência

Impactos técnicos adicionais para EV incluem a necessidade de materiais com elevado CTI (índice comparativo de rastreio) e maiores capacidades de isolamento elétrico devido aos sistemas de baterias de alta tensão.

As tendências apontam para velocidades de carregamento mais rápidas e para a migração de plataformas de baixa para alta tensão, dos 400V para 800V ou superior. Isto impulsionou a necessidade de requisitos de isolamento mais exigentes e sistemas de arrefecimento mais eficientes.

“Correntes mais baixas reduzem as perdas térmicaspermite manter a velocidade máxima de carregamento durante um período prolongado, sendo uma das formas mais eficazes de aumentar a velocidade de carregamento o aumento da tensão em vez da corrente. Por isso, estamos a observar sistemas de baterias de maior tensão. No entanto, por mais que se procure equilibrar corrente e tensão para abordar a potência de carregamento, o carregamento rápido pode causar aquecimento localizado elevado, exigindo sistemas de arrefecimento e materiais com elevadas propriedades de isolamento,” explicou Kauffmann.

Outro impacto nas tendências técnicas é a necessidade de arrefecimento por óleo para motores elétricos (E-motors). Os componentes plásticos dentro dos motores devem ser resistentes aos óleos de E-motor, considerando taxas de exposição prolongada.

“Ao considerar as arquiteturas de células de combustível e veículos elétricos (EV), existem vários tipos de desafios que devem ser avaliados, incluindo CTI antes e após envelhecimento, envelhecimento por óleo, corrosão elétrica, exposição prolongada a líquidos de arrefecimento,” acrescentou Kauffmann. “É fundamental preservar as propriedades de isolamento e mecânicas, e isto requer um conhecimento dos impactos do envelhecimento a longo prazo em faixas de temperatura apropriadas.”

Solução para fissuras em componentes de alta tensão devido a ciclos de choque térmico

Uma das principais preocupações nos barramentos encapsulados é o desenvolvimento de fissuras devido aos ciclos de choque térmico. É fundamental prevenir fissuras para evitar corrente de fuga. Em muitos destes componentes para veículos elétricos, o plástico é moldado sobre metal, normalmente cobre. As fissuras podem surgir durante ciclos térmicos devido ao acumular de tensão no plástico, causado pelas diferenças no CLTE (coeficiente de expansão térmica linear) entre o plástico e o cobre.

O primeiro gráfico de barras apresenta o CLTE do PPS (direção da máquina e direção transversal) e o segundo gráfico de barras mostra a tensão térmica do PPS em ambas as direções.

A Envalior compreende as causas de fissuras térmicas e sabe como resolver este fenómeno através da orientação ótima das fibras de vidro, do design da peça e do design do molde. afirmou Kauffmann.

Garantir a fiabilidade em aplicações eletrónicas automóveis

Controlar o teor de halogenetos em conectores, sensores, ECUs e PCUs é essencial. Com o aumento do papel dos conectores na arquitetura dos veículos elétricos, a fiabilidade dos terminais torna-se crítica. Fatores como temperaturas elevadas, elevada humidade, gases reativos, potencial elétrico e tempo podem conduzir à corrosão. Halogenetos inorgânicos e aditivos iónicos utilizados para melhorar o desempenho retardante de chama dos plásticos podem formar ácidos que corroem os contactos elétricos após exposição prolongada à humidade e calor. Isto pode resultar em falhas dos componentes eletrónicos que podem comprometer as funções de segurança do veículo.

Assegurar a fiabilidade em aplicações eletrónicas automóveis

“Para conectores e sensores, manter os halogenetos abaixo de 100 ppm é um objetivo, sendo < 50 ppm em aplicações mais críticas”, afirmou Kauffmann. “Os nossos materiais com retardador de chama situam-se na gama de 20-30 ppm (padrão).”

Kauffmann acrescentou: “Observamos um foco crescente na necessidade de considerar os requisitos de ensaio de inflamabilidade UL94 para muitas aplicações plásticas em veículos elétricos, especialmente quando os materiais estão próximos de componentes de alta tensão. É frequentemente exigida a classificação de resistência ao fogo UL94 V0, com a classificação 5VA ocasionalmente requerida.”

A Envalior dispõe de vários materiais livres de halogéneos que cumprem a classificação V0, incluindo PA6, PA66, PA46, PA410, PPS e PPAs.