Luego de varios años de investigación, la empresa de investigaciones químicas LANXESS ha desarrollado carcasas de plástico para vehículos eléctricos a partir de termoplásticos técnicos.
Lanxess y Kautex Textron han pasado varios años investigando en colaboración si las carcasas de baterías para vehículos eléctricos se pueden diseñar y fabricar a partir de termoplásticos de ingeniería. Finalmente, utilizando resinas termoplásticas directas de fibra larga (D-LFT) y Poliamida 6 (PA 6), han desarrollado un demostrador de tecnología de serie cercana en un estudio de viabilidad.
Con un tamaño de 1.400 x 1.400 mm (largo x ancho), el sistema es una carcasa sofisticada de plástico de gran formato con un peso en el rango medio de kilogramos de dos dígitos. El objetivo del proyecto era demostrar las ventajas de los termoplásticos sobre los metales en términos de reducción de peso y costes, integración funcional y comportamiento de aislamiento eléctrico.
“Como primer paso, hemos prescindido del uso de estructuras de refuerzo metálicas mientras demostramos que podemos producir comercialmente estos componentes grandes y complejos”, explicó Felix Haas, Director de Desarrollo de Producto de Kautex Textron. «En el futuro, Kautex y Lanxess quieren utilizar los resultados de la cooperación para iniciar proyectos de desarrollo para la producción en serie con los fabricantes de automóviles», agregó el Dr. Christopher Hoefs, gerente de proyectos e-Powertrain en Lanxess.
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Proceso de fabricación de una sola etapa
El demostrador se desarrolló sobre la base de la carcasa de la batería de un vehículo eléctrico del segmento C. Consiste en una bandeja de carcasa con estructura de choque, cubierta de carcasa y protección de bajos. Los componentes de la carcasa se producen en un proceso de moldeo D-LFT de una sola etapa, mientras que Lanxess ha optimizado la poliamida 6 (PA 6) Durethan B24CMH2.0 como compuesto de moldeo.
Kautex Textron combina el PA 6 para el proceso con mechas de fibra de vidrio. El refuerzo local de la estructura de la carcasa se logra utilizando compuestos termoplásticos continuos reforzados con fibra de dynalite Tepex de Lanxess. “El proceso permite tiempos de ciclo más cortos y, por lo tanto, más económicos que los procesos en los que se procesan el acero o el aluminio”, explica Haas.
El demostrador se desarrolló sobre la base de la carcasa de la batería de un vehículo eléctrico del segmento C. Consiste en una bandeja de carcasa con estructura de choque, cubierta de carcasa y protección de bajos.
Cabe destacar que hoy en día, las carcasas para baterías de alto voltaje están hechas principalmente de perfiles de aluminio o acero extruido. Dependiendo de la clase de vehículo, la longitud y el ancho de la carcasa pueden superar los 2.000 o 1.500 milímetros, respectivamente. El tamaño, la cantidad de componentes y los numerosos pasos de fabricación y montaje hacen que las carcasas de metal sean muy costosas. Por ejemplo, las estructuras complejas hechas de perfiles de prensa de hilos requieren muchos pasos de trabajo secundarios, como soldadura, punzonado y remachado. Además, los componentes metálicos deben protegerse contra la corrosión en un paso adicional del proceso mediante un recubrimiento por inmersión catódica.
Montaje, logística simplificada
“Los plásticos, por otro lado, pueden aprovechar al máximo su libertad de diseño. Al integrar funciones como sujetadores y componentes de gestión térmica, se puede reducir considerablemente el número de componentes individuales de una carcasa de batería. Esto simplifica el montaje y el esfuerzo logístico, lo que reduce los costos de producción ”, señaló Hoefs. Los plásticos también son resistentes a la corrosión y eléctricamente aislantes. Esto último asegura, por ejemplo, que existe un riesgo reducido de cortocircuito del sistema. La baja densidad de los plásticos y su potencial de construcción liviana conduce a carcasas significativamente más livianas, lo que beneficia, entre otras cosas, a la gama de vehículos eléctricos.
Las carcasas de baterías de alto voltaje deben cumplir una variedad de requisitos muy exigentes. Por ejemplo, deben ser rígidos y fuertes y, sin embargo, poder absorber una cantidad significativa de energía en caso de accidente. Esto se prueba mediante pruebas de choque mecánico y aplastamiento. Las carcasas también deben ser ignífugas en caso de incendio del vehículo o escape térmico de las celdas eléctricas. Finalmente, las carcasas deben integrarse en la estructura del vehículo.
“Seguimos trabajando juntos para optimizar la producción y el diseño estructural de los componentes. El objetivo es llevar a cabo la mayor parte del trabajo de desarrollo de forma virtual, con el fin de ahorrar costes en el diseño de prototipos y acortar el tiempo de comercialización de los componentes de la serie futura ”, destacó Hoefs.
