La gestión térmica es un término que se identifica con la capacidad de controlar todo el sistema de temperatura de un conjunto de baterías. Los ingenieros de diseño deben tener en cuenta el aislamiento, la transferencia de calor y energía, la conducción y la convección, a fin de mantener la temperatura del conjunto de baterías dentro de una tolerancia estricta para evitar el descontrol térmico.
Si bien la temperatura, un indicador primario del nivel de energía de la batería, es la variable principal a la hora de analizar el estado del Sistema de Gestión Térmica (TMS), cada sistema tiene una capacidad determinada para almacenar o disipar energía. Esta capacidad se denomina capacidad térmica y se puede calcular midiendo la masa y la capacidad térmica específica de todos los materiales del sistema. La capacidad térmica es la relación entre la energía y la temperatura.
Cuando se transfiere energía al sistema o se crea energía a partir de una fuente interna, el nivel de energía del sistema puede aumentar. Los niveles más altos de energía de los materiales del sistema hacen que la temperatura de estos materiales aumente. La capacidad calorífica específica outline la relación entre la energía absorbida o disuelta y el cambio de temperatura.
La versatilidad de los materiales puede favorecer el pensamiento holístico sobre el diseño, el rendimiento y la productividad.
La gestión térmica de las baterías en los vehículos eléctricos y híbridos es esencial para el funcionamiento eficaz de los motores en todos los climas y entornos y es el principal objetivo del diseño de módulos y paquetes de baterías para prototipos de preproducción o producción en serie. El pensamiento y las tecnologías de diseño evolucionan constantemente para abordar estas diversas cuestiones. Los ingenieros de diseño y materiales están abordando las disyuntivas entre rendimiento, funcionalidad, volumen, masa, coste, mantenimiento y seguridad.
Los desafíos de gestión térmica y de materiales para baterías en vehículos eléctricos y híbridos incluyen:
- Mantener las temperaturas dentro de un rango óptimo, con muy pocas variaciones
- Reducir peso y volumen
- Alineación de fuentes de energía en conjuntos eficientes que se puedan recargar y/o cambiar fácilmente
- Garantizar la seguridad y la fiabilidad
- Facilitando la facilidad de procesamiento
Las siliconas de Elkem pueden simplificar la complejidad y crear opcionalidad
El rendimiento y la gestión térmica son esenciales para el funcionamiento eficaz de todo tipo de vehículos de motor en todos los climas y entornos. Las baterías tienden a calentarse rápidamente en diferentes momentos de su ciclo operativo, incluso cuando están funcionando a plena capacidad o en el proceso de carga (o carga rápida). Esto es particularmente cierto para los sistemas de recarga de alta velocidad, donde la investigación se centra en compensar el daño a las baterías de iones de litio a ciertas temperaturas mediante un aislamiento eficiente. También existe el problema de producir un aumento de la temperatura ambiente en la carcasa de la batería, lo que scale back aún más las capacidades de carga y potencialmente daña los componentes electrónicos. Las siliconas pueden ofrecer baja conductividad térmica, lo que significa que transfieren calor a una velocidad baja en comparación con otros materiales y también tienen la capacidad de mantener sus propiedades y estructura en un amplio rango de temperaturas.
Las siliconas son una clase única de materiales que se pueden personalizar para proporcionar las funciones requeridas y encontrar el equilibrio adecuado entre conductividad y aislamiento para cada etapa específica del funcionamiento de la batería. Por ejemplo, las espumas son eficientes en el aislamiento, mientras que los adhesivos y los rellenos de huecos son conductores térmicos (ver la Figura 1 a continuación).
Las siliconas son personalizables y versátiles.
Si bien las ventajas de las espumas de silicona livianas para aislamiento y la eficiencia de recubrimiento de los geles de silicona para encapsulamiento y encapsulado son algo que les viene a la mente a los diseñadores de baterías, sus características de adhesión son igualmente convincentes. En los sistemas de gestión térmica (TMS) avanzados, entran en juego muchos componentes y, a menudo, deben unirse con adhesivos eficientes. Por ejemplo, para garantizar la conducción térmica en las baterías, los diseñadores utilizan una placa de enfriamiento de metallic como interfaz. Estas placas deben fijarse a la batería, generalmente con un adhesivo.
Lo perfect es que se cumplan dos requisitos para esta tarea: el proceso debe ser simplificado y la unión debe ser fiable y duradera. Por ello, se utilizan ampliamente uniones autoadhesivas de silicona especialmente diseñadas para lograr estos dos objetivos. Estos adhesivos de silicona no requieren imprimación previa en ninguna de las superficies, son estables y resisten el envejecimiento en un amplio rango de temperaturas. Las siliconas también pueden diseñarse específicamente para proporcionar la combinación adecuada de características de adhesión, así como para ofrecer una mayor seguridad porque no son combustibles y funcionan como retardantes del fuego.
Beneficios de procesabilidad/fabricación
La fluidez de las siliconas es una ventaja importante en el procesamiento automatizado en comparación con otros materiales, en specific los poliuretanos (Tabla 1). Además, las siliconas se pueden formular en una amplia gama de formas (líquidos, geles, espumas, and many others.) y se pueden personalizar para tiempos de encapsulado variables (preinstalación) y tiempos de curado (reticulación closing o endurecimiento) a temperaturas determinadas, para adaptarse a los sistemas de procesamiento existentes o futuros. Esta flexibilidad y capacidad de adaptación es una ventaja importante para los especialistas en procesamiento en el ensamblaje automotriz tradicional, que se acentúa aún más en la fabricación de H&EV.
Laila BonillaGerente de Desarrollo de NegociosElkem
Laure BertrandGerente de Servicio Técnico, Alce