Impulsada por la miniaturización, la integración de sistemas y la llegada de los vehículos eléctricos, la gestión térmica se ha convertido en uno de los mayores desafíos del diseño automotriz moderno. Este desafío exige el desarrollo de materiales térmicos avanzados que mejoren la disipación y la refrigeración del calor, tanto en los sistemas de generación de calor exteriores como interiores.
Electrónica del automóvil
La miniaturización y la integración de sistemas son fundamentales en el diseño de la electrónica automotriz, impulsada a su vez por la demanda de vehículos con mayor eficiencia de combustible, mayor seguridad, conectividad perfecta y funcionalidad autónoma. En consecuencia, el diseño de circuitos ha evolucionado para satisfacer las exigencias de mayor rendimiento energético.
Con componentes electrónicos más pequeños y una mayor densidad de energía, la gestión térmica se convierte en una preocupación. Dado que los dispositivos más pequeños tienen menos superficie disponible para actuar como disipador 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 tecnologías avanzadas. materiales de interfaz térmica (TIM) para facilitar una mejor conducción del calor lejos de los circuitos.
Gestión térmica en el interior de los habitáculos de los vehículos
Algunos de los principales componentes electrónicos que generan calor dentro del habitáculo son:
Sistemas de información y entretenimiento de vehículos
Estos sistemas, potentes y altamente integrados, cuentan con múltiples pantallas donde el conductor controla diversas funciones como Bluetooth, GPS, audio, etc.
El Desafío: Los sistemas de infoentretenimiento actuales contienen un gran número de circuitos y chips LED que generan mucho calor, por lo que una gestión térmica adecuada resulta fundamental.
Sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS)
El sistema ADAS integra múltiples sistemas en todo el vehículo, como sensores, cámaras, funciones de conectividad y, sobre todo, un módulo de datos que combina la información recibida de los distintos componentes.
El Desafío: La elevada cantidad de datos que generan estos sistemas exige una disipación de calor eficaz que garantice su fiabilidad y funcionamiento continuos.
Gestión térmica en el exterior de las cabinas de los vehículos
Fuera del habitáculo, la gestión térmica se vuelve algo más compleja, ya que los componentes no solo deben soportar temperaturas de funcionamiento más elevadas, sino también la exposición a diversos factores ambientales, como la humedad, las sales, los vapores corrosivos y las condiciones climáticas extremas. A menudo están sellados para su protección mecánica y física, lo que genera complicaciones adicionales para la transferencia de calor y frío. Estos componentes incluyen:
Unidades de control del motor (ECU)
Las unidades de control electrónico (ECU) controlan todos los aspectos electrónicos de un vehículo, desde el sistema de propulsión hasta el cierre centralizado. Las ECU dependen de un flujo de datos ininterrumpido entre los sensores de entrada y los componentes de salida para controlar el funcionamiento del motor.
El Desafío: Gracias a la enorme cantidad de información que generan estos sistemas, la gestión térmica se vuelve crucial para garantizar la integridad y la continuidad del funcionamiento.
Control del sistema de frenos
Este y otros tipos de sensores son sistemas ubicados fuera del habitáculo que generan calor.
El Desafío: La disipación de calor rápida y eficiente que proporcionan estos sistemas es crucial para el funcionamiento seguro y sin problemas de cualquier vehículo.
E-movilidad
El auge de empresas como Tesla Esto ha obligado a los fabricantes de automóviles a redefinir sus estrategias corporativas y adaptarse a la demanda del mercado, impulsada por las nuevas preferencias de los consumidores. El aumento de la demanda de vehículos eléctricos (VE) y vehículos eléctricos híbridos (VEH) plantea nuevos desafíos de diseño para los fabricantes, quienes deben reducir los costos de fabricación, aumentar la autonomía de las baterías, disminuir el peso y mejorar la seguridad y la confiabilidad.
Al igual que los motores de combustión interna, los sistemas de propulsión son el corazón de los vehículos eléctricos. Sus componentes principales 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 minimizando el tamaño y el peso de la batería. Una estrategia consiste en combinar el sistema de conversión de energía y el motor eléctrico en una sola unidad, reduciendo simultáneamente el tamaño de cada componente. Si bien este enfoque mejora la densidad de potencia y la eficiencia del sistema de propulsión eléctrica, aumenta la probabilidad de fallo del motor debido al sobrecalentamiento. Por lo tanto, la gestión térmica en ambos componentes se vuelve crucial.
Motores Eléctricos
La conversión de energía eléctrica en energía mecánica es uno de los componentes principales de los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos.
El Desafío: El calor puede reducir la potencia de un motor y acortar su vida útil; por lo tanto, es fundamental disipar el calor del motor de forma rápida y eficiente.
Sistemas de conversión de energía
La electrónica de potencia del vehículo comprende la parte del sistema de propulsión del vehículo eléctrico que controla y distribuye la energía eléctrica a los demás sistemas, así como la velocidad y el par motor. Consta de tres componentes electrónicos principales: el cargador a bordo (OBC), el sistema inversor (módulos IGBT) y el convertidor CC/CC. Para ahorrar espacio y reducir el peso total, aumentando así la autonomía, la estrategia de diseño se ha centrado en reducir el tamaño de los componentes y consolidarlos.
El Desafío: Estos componentes funcionan a altos voltajes y consumen mucha energía, lo que ayuda a reducir el tiempo de carga. Sin embargo, el calor generado se vuelve difícil de regular, ya que el tamaño reducido de los componentes ofrece una menor superficie para la disipación del calor.
Sistemas de baterías
El diseño de estos sistemas tiene un enorme impacto en la autonomía, la densidad de potencia, el tiempo de carga y el rendimiento a largo plazo de un vehículo eléctrico.
El Desafío: Como ocurre con todos los componentes electrónicos, cuanto más pequeñas son las baterías, más complejo resulta su control térmico. Además del control térmico, es fundamental garantizar la integridad estructural de las uniones entre celdas y entre las celdas y la batería.
Soluciones de gestión térmica para el sector automotriz
Para resolver estos múltiples desafíos de diseño, y también para crear opciones para nuestros socios OEM, MG Chemicals ha desarrollado una amplia variedad de soluciones avanzadas. materiales termicos, incluyendo térmica rellenos de huecos, pastas térmicas, adhesivos termoconductores (ATC), y compuestos de encapsulado térmico.
Nuestras pastas térmicas y rellenos de huecos desplazan el aire en la interfaz entre el componente y el disipador de calor para facilitar la disipación térmica. Nuestros rellenos térmicos, que cuentan con uno de los índices de conductividad térmica más altos del sector, son una opción prometedora para transferir el calor de las celdas de la batería fuera de los módulos y, posteriormente, fuera de los propios paquetes de baterías.
Los TCA cumplen una función similar, pero aportan integridad estructural al crear una unión permanente en la interfaz de las superficies de contacto. Se utilizan ampliamente en sistemas de infoentretenimiento, conducción autónoma y ADAS para vehículos. En vehículos eléctricos, se emplean comúnmente para la unión entre celdas y entre celdas y paquetes de baterías, garantizando la integridad estructural y la refrigeración de estos últimos.
Finalmente, nuestros compuestos de encapsulado térmico ayudan a prevenir el sobrecalentamiento de los componentes, a la vez que brindan una protección excepcional contra golpes, impactos y otros factores ambientales. Han demostrado ser altamente efectivos en la gestión térmica de sensores de ECU y luces LED. En vehículos eléctricos, son materiales de gestión térmica confiables que ayudan a los fabricantes a construir motores eléctricos más pequeños y fiables con mayor densidad de potencia.
