Gestión térmica para la industria del automóvil
La miniaturización y la integración de sistemas están a la vanguardia del desarrollo de la electrónica automotriz, que a su vez está impulsada por la demanda de vehículos con mayor eficiencia de combustible, seguridad mejorada, conectividad perfecta y funcionalidad autónoma. Como resultado, el diseño de circuitos ha evolucionado para satisfacer la demanda de una mayor eficiencia energética.
Con componentes electrónicos más pequeños y una mayor densidad de energía, la gestión térmica en los vehículos se convierte en un problema.
Debido a que los dispositivos más pequeños tienen menos área de superficie para actuar como disipadores de calor, disipar el calor de estos sistemas sigue siendo un desafío operativo y de seguridad.
La gestión térmica es una rama en evolución del diseño de vehículos que utiliza materiales de interfaz térmica (TIM) avanzados para permitir una mejor disipación del calor de los circuitos.
Gestión del calor en el interior del vehículo
Algunos de los principales componentes electrónicos generadores de calor en el interior del vehículo son:
Sistemas de infoentretenimiento del vehículo
Estos potentes sistemas altamente integrados con múltiples pantallas, a través de los cuales el conductor controla una variedad de funciones como Bluetooth, GPS, audio, etc.
El desafío: los sistemas de información y entretenimiento actuales contienen una gran cantidad de circuitos y chips LED que generan mucho calor, lo que requiere una gestión térmica adecuada.
Sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS)
ADAS integra múltiples sistemas en todo el vehículo, como B. Sensores, cámaras, funciones de conectividad y sobre todo un módulo de datos que combina la información recibida de los diferentes componentes.
El desafío: la alta producción de datos de estos sistemas requiere una disipación de calor efectiva que garantice una confiabilidad y funcionamiento continuos.
Gestión térmica fuera de la cabina del vehículo
Fuera de la cabina, la gestión térmica se vuelve un poco más compleja, ya que los componentes no solo están expuestos a temperaturas de funcionamiento más altas, sino también a diversos factores ambientales, como humedad, sales, humos corrosivos y condiciones climáticas extremas.
A menudo están sellados para protección mecánica y física, lo que dificulta aún más la disipación del exceso de calor y enfriamiento.
Estos componentes incluyen:
Unidades de control del motor (ECU)
Las ECU controlan todos los aspectos electrónicos de un vehículo, desde el tren motriz hasta el sistema de cierre centralizado. Las ECU se basan en un flujo ininterrumpido de datos entre los sensores de entrada y los componentes de salida para controlar el funcionamiento del motor.
El desafío: debido a la gran cantidad de información generada por estos sistemas, la gestión térmica es fundamental para garantizar la continuidad e integridad funcional.
Control del sistema de frenos
Estas y otras clases de sensores son sistemas adicionales que se ubican fuera de la cabina de pasajeros y generan calor.
El desafío: la disipación de calor rápida y eficiente de estos sistemas es fundamental para el funcionamiento suave y seguro de cualquier vehículo.
Movilidad eléctrica con desafíos aún mayores para la gestión térmica
El auge de empresas como Tesla ha obligado a los fabricantes de automóviles a redefinir sus estrategias corporativas y adaptarse a las demandas del mercado impulsadas por las nuevas preferencias de los consumidores. La creciente demanda de vehículos eléctricos (EV) y vehículos eléctricos híbridos (HEV) presenta a los fabricantes de automóviles nuevos desafíos de diseño para reducir los costos de fabricación, aumentar la autonomía de la batería, reducir el peso y mejorar la seguridad y la confiabilidad.
Al igual que los motores de combustión interna, los trenes motrices están en el corazón de los vehículos eléctricos. Los principales componentes de los vehículos eléctricos son
- la batería,
- el motor eléctrico y
- El sistema de conversión de energía.
Uno de los mayores desafíos en el diseño de vehículos eléctricos es maximizar la potencia de salida y minimizar el tamaño y el peso de la batería.
Una estrategia es combinar el sistema de conversión de energía y el motor eléctrico en una sola unidad mientras se reduce el tamaño de cada componente. Si bien este enfoque mejora la densidad de potencia y la eficiencia del e-drive, aumenta el riesgo de falla del motor debido al sobrecalentamiento. Por lo tanto, la gestión térmica es crítica en ambos componentes.
Motores eléctricos
Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica y son uno de los componentes principales de los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos.
Desafío: El calor puede reducir el rendimiento de un motor y acortar su vida útil. Por lo tanto, es importante alejar el calor del motor de manera rápida y eficiente.
sistemas de conversión de energía
La electrónica de potencia del vehículo es la parte del tren motriz que controla la energía eléctrica y la transmite a los demás sistemas, además de controlar la velocidad y el par del motor. Consta de tres componentes electrónicos principales:
- el cargador de a bordo (OBC),
- el sistema inversor (módulos IGBT) y
- el convertidor CC/CC.
Para ahorrar espacio y reducir el peso total, aumentando así el alcance, la estrategia de diseño se centró en la reducción del tamaño y la consolidación de los componentes.
El desafío: estos componentes funcionan con altos voltajes y consumen mucha energía, lo que ayuda a reducir el tiempo de carga. Sin embargo, el calor generado es difícil de controlar porque el tamaño reducido de los componentes ofrece menos área de superficie para la disipación de calor.
Sistemas de batería
El diseño de estos sistemas tiene un gran impacto en la autonomía, la densidad de potencia, el tiempo de carga y el rendimiento a largo plazo de un vehículo eléctrico.
Un desafío: como ocurre con todos los componentes electrónicos, la gestión térmica se vuelve más difícil a medida que los paquetes de baterías se hacen más pequeños. Además de la gestión térmica, también se debe garantizar la integridad estructural de las conexiones de celda a celda y de celda a paquete.
Soluciones para la gestión térmica en el sector de la automoción
Para resolver estos diversos desafíos de diseño y también para brindar opciones a nuestros socios OEM, hemos desarrollado una amplia gama de materiales térmicos avanzados que incluyen almohadillas de separación, compuestos térmicos, adhesivos termoconductores (TCA) y encapsulantes térmicos.
Nuestros compuestos térmicos y rellenos de huecos desplazan el aire en la interfaz componente/disipador de calor para ayudar en la disipación del calor. Nuestros rellenos de huecos, que tienen una de las conductividades térmicas más altas de la industria, son una opción prometedora para conducir eficientemente el calor de las celdas de la batería fuera de los módulos de la batería y luego fuera de los paquetes de batería.
Los adhesivos termoconductores realizan una función similar pero brindan una integridad estructural adicional al crear una unión permanente en la interfaz de las superficies de contacto. Se utilizan comúnmente en sistemas de infoentretenimiento, autónomos y ADAS en vehículos. En los vehículos eléctricos, se usan comúnmente para conexiones de celda a celda y de celda a paquete para garantizar la integridad estructural y el enfriamiento del paquete.
Por último, nuestros compuestos de encapsulado termoconductores ayudan a proteger los componentes contra el sobrecalentamiento y brindan una excelente protección contra golpes, impactos y otras influencias ambientales. Han demostrado ser extremadamente efectivos en la gestión térmica de sensores de ECU y luces LED.
En los vehículos eléctricos, nuestros encapsulantes son materiales de gestión térmica confiables que ayudan a los fabricantes a construir motores eléctricos más pequeños pero más confiables con densidades de potencia más altas.
