Por Wenhao Wang, Director del Grupo Automotriz
Descripción General de los Vehículos Eléctricos
Los vehículos eléctricos (EVs, por sus siglas en inglés) representan un cambio de paradigma en la industria automotriz, ya que dependen de la electricidad para su propulsión y marcan un alejamiento de los sistemas tradicionales basados en combustibles fósiles.
Estos vehículos están respaldados por sistemas fundamentales que aseguran su funcionalidad y eficiencia:
• Sistemas de control de motores: este grupo incluye el motor, el controlador del motor y la transmisión. Juntos, estos componentes proporcionan la propulsión necesaria para impulsar el vehículo. Su integración es crítica para el rendimiento, la eficiencia y la confiabilidad del vehículo eléctrico.
• Sistemas de conversión de voltaje y cargador a bordo: Este grupo incluye el cargador de a bordo (OBC, por sus siglas en inglés), el convertidor CC/CC y la unidad de distribución de energía de alto voltaje (PDU, por sus siglas en inglés). Estos sistemas son responsables de la conversión, distribución y carga de energía, y forman la columna vertebral de la gestión de energía del vehículo.
Los EVs enfrentan a entornos operativos complejos y demandantes, que van desde temperaturas extremas y alta humedad hasta vibraciones mecánicas e impactos. Internamente, la dependencia de componentes de alta potencia presenta retos tales como generación de calor, interferencia de señal y daño potencial por humedad. Estos problemas requieren soluciones avanzadas de sellado, gestión térmica y refuerzo estructural, lo que hace que las tecnologías de dispensado sean una parte indispensable de la manufactura de EVs.
Aplicaciones de Dispensado en Componentes de EVs
Las tecnologías de dispensado abordan una variedad de retos en la manufactura de EVs, particularmente en el sellado de carcasas, el refuerzo de componentes y la gestión térmica.
Empaques y Sellado
Los entornos extremos en los que operan los EVs requieren una protección robusta contra el polvo, el agua y otros contaminantes. El sellar las carcasas de los componentes eléctricos y electrónicos es esencial para mantener su integridad y rendimiento.
Los sistemas de dispensado en línea totalmente automatizados son comúnmente usados para aplicar selladores. Estos sistemas utilizan brazos robóticos que se adaptan a las diferentes formas y contornos de las carcasas, asegurando una aplicación precisa y uniforme. Esto elimina defectos tales como huecos, excesos o inconsistencias que podrían comprometer las cualidades protectoras de la carcasa.
Una vez que se aplica el sellador, los sistemas avanzados de inspección 3D evalúan la colocación, la forma y las dimensiones del sello. Al comparar estos parámetros con estándares predefinidos, los fabricantes pueden asegurar que cada sello cumple con los estrictos requerimientos de calidad. Esta combinación de automatización e inspección no solo mejora la calidad del producto sino que también aumenta significativamente la eficiencia de la manufactura.
Refuerzo de Componentes
Los componentes de alta potencia, tales como los que se encuentran en las tablillas de circuito impreso (PCBs), son críticos para el rendimiento de un vehículo eléctrico. Estos componentes deben soportar estrés mecánico, incluyendo vibraciones e impactos, que son comunes durante la operación del vehículo. Sin un refuerzo adecuado, este estrés podría provocar fallas en las uniones de soldadura o el desprendimiento completo de los componentes.
Para abordar este problema, se utilizan adhesivos para asegurar los componentes a la PCB. Los sistemas de dispensado de precisión, equipados con brazos robóticos y válvulas avanzadas, permiten la aplicación de adhesivos en múltiples ángulos. Los sensores de peso de alta precisión aseguran un volumen de adhesivo constante, a la vez que la flexibilidad del sistema se adapta a componentes de tamaños y formas variadas. Este método mejora la durabilidad de los componentes de alta potencia y minimiza el riesgo de falla mecánica.
Gestión Térmica en EVs
La gestión térmica es uno de los aspectos más críticos del diseño de EVs debido a que las altas temperaturas pueden afectar significativamente el rendimiento y la seguridad de los componentes electrónicos y las baterías.
Importancia de la Disipación de Calor
El calor es un subproducto inevitable de la operación de las baterías de los vehículos eléctricos y de los chips electrónicos. Si no se gestiona de manera eficaz, puede provocar una reducción de la eficiencia, degradación de los componentes y riesgos potenciales de seguridad.
Uno de los métodos más comunes de gestión térmica en los EVs es el enfriamiento líquido. Por ejemplo, los cargadores a bordo (OBC) suelen utilizar carcasas metálicas con canales de enfriamiento integrados. El enfriador circula por estos canales, absorbe el calor de los chips y lo transfiere fuera. Este proceso se ve facilitado por materiales de interface térmicamente conductiva, tales como geles térmicos de silicón de dos componentes, los cuales actúan como un puente entre los chips generadores de calor y el sistema de enfriamiento.
Dispensado de Geles Térmicos de Silicón
Los geles térmicos de silicón son críticos para una disipación efectiva del calor. Estos geles, llenos de partículas metálicas o cerámicas, tienen alta viscosidad y excelente conductividad térmica. Sin embargo, sus propiedades físicas también plantean retos durante el dispensado.
Dos principales métodos de dispensado se usan para aplicar geles térmico de silicón:
1. Dispensado por Presión-Extrusión: Este método utiliza presión y pistones para hacer que el adhesivo fluya. Si bien es efectivo, puede causar delaminación, lo que hace que se separe de la matriz del material y provoque el endurecimiento dentro de la aguja dispensadora.
2. Dispensado por Desplazamiento Positivo de Cavidad (PCD): Este enfoque utiliza bombas de desplazamiento positivo de cavidad de baja presión con alta repetibilidad volumétrica para mitigar la separación del aceite de silicón. Asegura un flujo de adhesivo consistente y estable, haciéndolo el método preferido para dispensar geles térmicos de silicón.
Los avanzados sistemas PCD de dos componentes mejoran la precisión y la confiabilidad de este proceso. Estos sistemas utilizan rotores de cerámica para mayor durabilidad e integran sensores y software para el monitoreo en tiempo real del flujo de material y la presión de dispensado. Los sistemas también admiten la programación fuera de línea, lo que permite a los fabricantes simular patrones de dispensado, optimizar el uso del material y evaluar los costos del proyecto de manera efectiva. Después del proceso de dispensado, los sistemas de inspección 3D verifican la precisión de la aplicación, para asegurar que la solución de gestión térmica cumpla con las especificaciones de rendimiento.
Recubrimientos Protectores para PCBs
Los PCBs de los EVs están expuestos a duras condiciones ambientales, por lo que se requieren medidas de protección para mejorar su confiabilidad y longevidad.
Aplicación de Recubrimiento Conformal
Los recubrimientos conformal se aplican a las PCBs para formar capas protectoras que las blindan de la humedad, el polvo y la exposición a productos químicos. El proceso de aplicación exige un control preciso sobre el ancho, el espesor y la posición del recubrimiento.
Los sistemas de recubrimiento modernos, como los desarrollados por Axxon Mycronic, agilizan este proceso con una automatización avanzada. Estos sistemas recuperan información y parámetros del producto mediante el escaneo de códigos QR, lo que elimina la necesidad de ajustes manuales. Las configuraciones de doble válvula permiten tanto el recubrimiento detallado de áreas pequeñas como la cobertura rápida de secciones más grandes. Esta versatilidad asegura una protección integral sin sacrificar la eficiencia.
Control de Proceso e Inspección Mantener la precisión y la consistencia del recubrimiento conformal es crítico. La calibración automática de agujas basada en láser compensa las desviaciones de posición, mientras que los láseres de línea miden y ajustan los anchos de recubrimiento para cumplir con las especificaciones predefinidas. Las herramientas de programación fuera de línea permiten a los fabricantes simular patrones de recubrimiento y evaluar el uso del material, facilitando una planeación rentable.
Para evitar recubrimientos no deseados en áreas específicas, se utilizan funciones de enmascarado de software. Estas herramientas generan automáticamente programas de pulverización selectiva, mejorando la precisión y reduciendo la intervención manual.
Los sistemas de inspección óptica automatizada (AOI) evalúan la calidad de los recubrimientos aplicados. Estos sistemas detectan defectos tales como puntos faltantes, recubrimiento excesivo y burbujas, a la vez que miden el espesor de la película para asegurar el cumplimiento de las especificaciones de diseño. La flexibilidad de estos sistemas les permite adaptarse a una variedad de materiales de recubrimiento, incluyendo adhesivos UV, nano-recubrimientos y líquidos fluorados.
Conclusión
Las tecnologías de dispensado son fundamentales para la producción y confiabilidad de los EVs de nueva energía. Desde el sellado de carcasas y el refuerzo de componentes hasta la gestión del calor y la protección de PCBs, estas tecnologías abordan una variedad de retos. Los avances en los sistemas de dispensado de precisión, combinados con herramientas de inspección y programación inteligentes, han mejorado significativamente la calidad, la eficiencia y la escalabilidad de los procesos de manufactura de EVs.
A medida que la demanda mundial de vehículos eléctricos continúa creciendo, no se puede subestimar la importancia de las innovadoras soluciones de dispensado. Estas tecnologías no solo mejoran el rendimiento y la durabilidad de los componentes de los EVs, sino que también contribuyen a la sustentabilidad general y al éxito de la industria de los EVs. Al continuar innovando, los fabricantes pueden asegurar que los EVs sigan a la vanguardia de la transición hacia un transporte más limpio y eficiente.
Para obtener más información, contacte a Axxon/Mycronic en el 1450 Koll Circle, San José, CA 95112 o Carretera Guadalajara-Tepic No. 7355 Col. San Juan de Ocotlán en Zapopan Jalisco C.P. 45019, México; E-mail: [email protected]; Web site: www.axxonauto.com.
