Ventajas de las carcasas de compuestos para baterías de vehículos eléctricos

Ventajas de las carcasas de compuestos para baterías de vehículos eléctricos

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La Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA) de Estados Unidos señala que por cada 45 kilos que pierde de peso un vehículo se consigue un ahorro de carburante de entre el 1 % y el 2 %. Esto representa una oportunidad para el sector de los vehículos eléctricos, que intenta aumentar la eficiencia energética y aliviar la «ansiedad por la autonomía». Jari Sopanen, Responsable del Segmento de Transporte del fabricante mundial de materiales compuestos Exel Composites, explica cómo las carcasas de las baterías de vehículos eléctricos podrían contribuir a aligerar peso y brindar otras ventajas estructurales en comparación con las carcasas metálicas tradicionales.

Las carcasas de las baterías de vehículos eléctricos, también denominadas cajas o bastidores, tienen la función principal de sostener y proteger las celdas de la batería. Las hay de diferentes formas y tamaños y, al igual que otras piezas del vehículo, se emplean distintos materiales básicos en su fabricación.

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El aluminio y el acero son materiales tradicionales utilizados en las carcasas de las baterías. Sin embargo, los compuestos pueden ofrecer una alternativa que mejoraría notablemente el rendimiento de los vehículos eléctricos.

Obstáculos

La adopción masiva de los vehículos eléctricos se ve frenada por la «ansiedad por autonomía», es decir, por la preocupación de que los vehículos no puedan recorrer la suficiente distancia con una sola carga. Para aliviar esta inquietud se requieren vehículos seguros, ligeros y rentables. La comercialización de vehículos eléctricos requiere componentes que tengan estas cualidades. Si una pieza puede fabricarse con un material más ligero sin poner en riesgo su seguridad y su función, no hay duda de que la utilizarán los diseñadores y seleccionadores de materiales del sector de proveedores de sistemas y fabricantes de equipos originales (OEM).

En algunos casos, cambiar metales por compuestos no solo iguala la funcionalidad anterior, sino que la supera con ventajas adicionales. Este es el caso de las carcasas de las baterías de vehículos eléctricos, pues los compuestos ofrecen menor peso, mejor aislamiento y reducción del ruido, la vibración y la dureza. Veamos con más detalle cada característica:

Reducción del peso

Podría decirse que es la principal razón para elegir los compuestos, pues consiguen una reducción de hasta el 40 % del peso si la carcasa se fabrica íntegramente con materiales compuestos en lugar de aluminio. Una carcasa de batería más ligera fabricada con compuestos tiene un efecto positivo en el diseño de todo el vehículo. Al aligerar la carcasa de la batería se consigue un vehículo más ligero, lo que permite a su vez reducir el tamaño de las baterías y de los motores. Esta espiral positiva redunda en una bajada del coste del vehículo y de la ansiedad por la autonomía, lo que desempeñará un papel importante en la adopción masiva de los vehículos eléctricos. 

Aislamiento

Además de ser materiales más ligeros, los compuestos eliminan la necesidad de un sistema de aislamiento independiente, lo que reduce aún más el peso y ayuda a racionalizar la cadena de suministro y de valor. Las carcasas metálicas requieren un sistema de aislamiento adicional alrededor del material para mantener la batería a temperaturas operativas. Los materiales compuestos, por su parte, cuentan con propiedades de aislamiento que evitan la transferencia térmica sin necesidad de añadir más piezas que incrementen el peso del sistema.

Ruido, vibración y dureza

Aunque no es un factor crítico para la seguridad, un vehículo más silencioso es más viable comercialmente. El ruido, la vibración y la dureza (NVH) son resultado de la vibración o del ruido, que se transmiten e irradian acústicamente en la cabina. El valor de NVH es menor con los compuestos que con los metales, por sus propiedades de amortiguación inherentes. Esto es así tanto para las carcasas de baterías como para otras piezas del vehículo y puede suponer la diferencia entre una experiencia de conducción de calidad y otra menos confortable.

Seguridad

En un vehículo más amplio, la carcasa fabricada con compuestos puede integrarse en la estructura de la carrocería, no solo para proteger la batería, sino también a los pasajeros. Las propiedades de resistencia y rigidez de los compuestos superan a las del aluminio o el acero, lo que brinda mayor seguridad en caso de colisión. Esta integración requerirá una estrecha colaboración entre los proveedores de carcasas de baterías y los diseñadores de carrocerías, pero ofrece una posibilidad real de aumentar la seguridad del vehículo.

Pultrusión

La producción de grandes volúmenes es esencial para reducir el coste general. Es posible utilizar métodos de fabricación continua para producir componentes de carcasas de batería para vehículos eléctricos, como la pultrusión. La pultrusión es un proceso que permite a los fabricantes de compuestos empaquetar más fibras en una misma sección transversal, en comparación con otros métodos de fabricación de compuestos, lo que permite fabricar piezas más fuertes pero más ligeras.

Recuerde que las fibras son la parte del material que soporta la carga. Trabajar estrechamente con el fabricante de compuestos le permite diseñar con precisión el contenido y la alineación de las fibras para lograr las mejores propiedades posibles en lo que se refiere a resistencia y peso.

¿Cuál será el futuro?

Los materiales compuestos desempeñarán sin duda un papel importante que permitirá a los fabricantes de equipos originales aprovechar los beneficios que aporta la reducción del peso para ahorrar energía, tal como señala la EPA. Podría tratarse de un papel mucho más importante que la simple reducción de la masa del vehículo, mejorando también la seguridad en caso de colisión, la dinámica y la experiencia de conducción y la resistencia general del vehículo. La ansiedad por la autonomía sigue siendo uno de los principales obstáculos que debe superar el sector de los vehículos eléctricos. Por ello se hace imprescindible dejar atrás la mentalidad convencional en el uso de materiales para carcasas de baterías con el objetivo de reducir el peso del vehículo y conseguir un ahorro de carburante.


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