Gestión térmica para la fabricación de baterías y productos electrónicos para vehículos eléctricos

Ahora más que nunca, las baterías y los componentes electrónicos de los vehículos eléctricos (VE) deben durar más, funcionar más rápido y garantizar la seguridad. El cumplimiento de esas exigencias cada vez mayores requiere un sistema de gestión térmica fiable.

Cuanta más potencia y capacidad se integran en un espacio pequeño, como una célula de batería o una tarjeta de circuito, más calor genera. La gestión térmica disipa de forma segura el calor excesivo de una batería o un componente electrónico para que funcione correctamente y no se incendie.

• En las baterías de los vehículos eléctricos, esto suele implicar envolver o encapsular la pieza en material de interfaz térmica (TIM), también conocido como rellenador de huecos.
• En electrónica, el TIM suele dispensarse directamente sobre la superficie de los componentes electrónicos.

La temperatura desempeña un papel muy importante en la longevidad, la eficacia y la seguridad de una célula de batería o de un componente electrónico.

• Si la temperatura es demasiado baja, pueden verse reducidas la potencia, la capacidad o el rendimiento de la batería.
• Si la temperatura es demasiado alta, puede producirse una degradación que reduzca el ciclo de vida del producto. Un exceso de calor también puede provocar riesgos de seguridad que pueden tener consecuencias catastróficas.

Se aconseja mantener la temperatura constante y distribuida uniformemente. Sin embargo, una gestión térmica fiable supone un reto para los fabricantes, ya que el calor excesivo se produce por muchas razones diferentes.

Por lo tanto, todas las baterías y componentes electrónicos deben diseñarse con un sistema de gestión térmica que los proteja del sobrecalentamiento y que aleje el calor de forma segura de los componentes críticos.

Las baterías y los componentes electrónicos de los vehículos eléctricos (VE) pueden sobrecalentarse y, en ocasiones, provocar incidencias térmicas debido a la sobrecarga, a una descarga rápida o a factores ambientales. La optimización continua suele poner en riesgo la gestión térmica.

• Para aumentar el rendimiento de la batería y reducir el peso, las celdas de la batería tienen una mayor densidad de energía, lo que deriva en más calor generado dentro de un espacio más pequeño.
• Con el fin de aumentar la velocidad y reducir el tamaño, los componentes electrónicos se miniaturizan y las funciones se integran, de modo que puedan colocarse más en las tarjetas de circuito impreso ((PCB) y en espacios reducidos. Cuanto más compactas y potentes son las tarjetas de circuito impreso, más calor generan.

Los materiales de interfaz térmicamente conductores son sumamente viscosos y contienen rellenadores muy abrasivos que provocan un desgaste excesivo en las piezas húmedas de los equipos, como bombas, ejes o juntas. Los sistemas de suministro tradicionales no satisfacen los requisitos de durabilidad de la producción, lo que provoca un aumento del tiempo de inactividad y de los costes de mantenimiento de los equipos. 

Aplicar correctamente los materiales térmicos puede suponer todo un desafío y requiere una atención adecuada. Estas pastas a menudo son materiales bicomponentes que requieren una dispensación precisa y ajustada. Dado que las aplicaciones también requieren grandes volúmenes de material, es fundamental dispensar cantidades apropiadas y uniformes de material para evitar intersticios de aire o desbordamientos. 

Los materiales de interfaz térmica son muy espesos y pastosos. Los TIM también contienen partículas altamente abrasivas que pueden ser tan duras como el diamante. Esta combinación desgasta y daña rápidamente los sistemas de dispensación industriales tradicionales. La reparación o sustitución frecuente de las bombas, los ejes y las juntas conlleva una gran cantidad de paradas de producción y costes de mantenimiento.

Mezclar y aplicar correctamente los materiales termoconductores también puede ser un reto. Con frecuencia, estas pastas son materiales bicomponentes que requieren una dosificación basada en la relación. Es crucial dosificar cantidades adecuadas y uniformes para evitar huecos de aire o desbordamientos.

Para mantener las líneas de montaje de baterías y componentes electrónicos en producción con materiales de interfaz térmica (TIM), necesitan sistemas de dosificación con estos requisitos:

• componentes resistentes a la abrasión que soporten las condiciones más adversas
• dosificación precisa y repetible que distribuya adecuadamente el material para aplicaciones de bajo o alto caudal
• descargas de datos, datos de proceso y registros de trabajo, que identifiquen los problemas antes de que causen un tiempo de inactividad
• fácil integración con equipos de automatización