1. Retos en el montaje de baterías
Las baterías modernas para vehículos eléctricos agrupan cientos de celdas individuales en unidades compactas y resistentes a los choques. La tecnología de ensamblaje debe cumplir cinco requisitos fundamentales al mismo tiempo:
- Gestión térmica: las celdas de ionen litio generan calor durante la carga y la descarga. Sin una disipación eficiente del calor, existe el riesgo de un sobrecalentamiento. Los rellenos de huecos y las pastas térmicas deben minimizar la resistencia de contacto y disipar el calor de forma fiable hacia las placas de refrigeración.
- Resistencia a las vibraciones y a los choques: Las baterías están expuestas a vibraciones continuas y, en caso de choque, a fuerzas extremas. Los adhesivos estructurales deben ofrecer una alta resistencia al cizallamiento y absorción de energía sin volverse frágiles.
- Optimización del peso: cada kilogramo cuenta. Las uniones adhesivas sustituyen a las pesadas fijaciones mecánicas y permiten diseños ligeros con aluminio y composites.
- Protección IP: La entrada de humedad provoca corrosión, corrientes de fuga y daños en las celdas. Los sistemas de sellado deben garantizar el grado de protección IP67 o IP68, incluso tras años de uso y en amplios rangos de temperatura.
- Aislamiento eléctrico: los componentes de alta tensión (hasta 800 V) requieren compuestos de encapsulado resistentes a la perforación, con una alta resistencia dieléctrica y distancias de fuga definidas.
La producción europea de baterías está creciendo rápidamente: las gigafábricas de Alemania, Hungría y Francia apuestan por procesos de fabricación automatizados. Por lo tanto, los sistemas adhesivos no solo deben ser convincentes desde el punto de vista técnico, sino que también deben ser reproducibles, dosificables y de curado rápido.
2 adhesivos en el paquete de baterías: ¿dónde se pegan?
Un paquete de baterías típico consta de varios niveles jerárquicos. En cada uno de ellos se utilizan sistemas de adhesivos específicos.
Unión célula a célula (Cell-to-Cell)
Las celdas cilíndricas (18650, 21700, 4680) o las celdas tipo bolsa se agrupan en módulos. Los adhesivos elásticos toleran la dilatación térmica y, al mismo tiempo, disipan el calor. Lo habitual son las siliconas de dos componentes con una conductividad térmica de entre 1 y 3 W/m·K. En el caso de las celdas prismáticas, a menudo se utilizan cintas adhesivas de espuma de acrilato, que compensan las tolerancias.
De célula a módulo y de módulo a carcasa
Para la fijación de los módulos celulares en la carcasa de la batería se requieren adhesivos estructurales. Los sistemas a base de epoxi, como la serie Permabond ET500, ofrecen resistencias al cizallamiento superiores a 20 MPa y se endurecen incluso a temperatura ambiente. Como alternativa, se utilizan poliuretanos de endurecimiento rápido, que alcanzan su resistencia máxima en tan solo 24 horas.
Fijación BMS
El sistema de gestión de baterías, que incluye placas, sensores y unidades de control, debe montarse de forma que sea resistente a las vibraciones. Las siliconas tixotrópicas no se desplazan tras su dosificación y proporcionan aislamiento eléctrico.
Pegado de placas refrigerantes
Entre los módulos de celdas y las placas de disipación de aluminio, los rellenos de huecos deben minimizar las resistencias térmicas de contacto. Las siliconas altamente cargadas (con óxido de aluminio o nitruro de boro) alcanzan conductividades térmicas de hasta 5 W/m·K y compensan irregularidades de entre 0,5 y 3 mm. Productos como Bluesil TCS 4525 se endurecen a temperatura ambiente formando capas elásticas y no adhesivas.
3 Adhesivos estructurales para la seguridad en caso de colisión
En caso de colisión, los paquetes de baterías deben mantener su integridad estructural y evitar daños en las celdas. Los adhesivos estructurales distribuyen las fuerzas sobre grandes superficies y absorben la energía mediante una deformación plástica controlada.
Adhesivos estructurales epoxi
Los epoxidos de dos componentes son la mejor opción para uniones sometidas a grandes cargas:
- Resistencia al cizallamiento de 20 a 35 MPa (según la norma DIN EN 1465)
- Resistencia a temperaturas de hasta 150 °C (hasta 180 °C durante breves periodos)
- Excelente adherencia al aluminio, acero y compuestos
- Baja contracción durante el endurecimiento
La serie Permabond ET5145 combina una alta resistencia con flexibilidad y está especialmente homologada para aplicaciones automovilísticas. Perfiles de curado típicos: 1 hora a 80 °C o 7 días a 23 °C.
Adhesivos estructurales de poliuretano
Los adhesivos de poliuretano ofrecen un equilibrio entre resistencia y elasticidad. Con durezas Shore de entre 60 A y 70 D, son especialmente adecuados para combinaciones de materiales con diferentes coeficientes de dilatación. Su alargamiento a la rotura, superior al 100 %, permite la absorción de energía en caso de colisión.
Requisitos de choque según UN ECE R100
La norma n.º 100 de la ONU exige que los componentes de alto voltaje permanezcan protegidos en caso de colisión frontal, lateral y trasera. Los paquetes de baterías deben soportar perfiles de aceleración definidos sin que se produzcan fugas de electrolito ni cortocircuitos. Las uniones adhesivas forman parte de la estructura de seguridad y deben tenerse en cuenta en las simulaciones FEM.
4 Materiales de interfaz térmica (TIM)
La disipación del calor del paquete de baterías es fundamental para su vida útil y seguridad. Los materiales de interfaz térmica cierran los espacios de aire entre la fuente de calor y el disipador térmico y reducen la resistencia térmica.
Relleno de huecos
Los rellenos de huecos son siliconas pastosas o tixotrópicas que rellenan huecos de entre 0,5 y 5 mm. Una vez endurecidos, conservan su elasticidad y compensan la dilatación térmica. Conductividad térmica típica:
- Estándar: de 1,5 a 2,5 W/m·K
- Alto rendimiento: de 3 a 5 W/m·K
- Relleno cerámico: hasta 7 W/m·K
Pastas térmicas
En capas finas (menos de 0,3 mm), las pastas térmicas ofrecen una menor resistencia térmica que los rellenos de huecos. Mantienen su consistencia pastosa de forma permanente y requieren una presión de contacto mecánica. Aplicación: entre componentes del sistema de gestión de batería (BMS) y carcasas metálicas.
Almohadillas térmicas
Las almohadillas de silicona prefabricadas (materiales de cambio de fase) se funden a temperatura de funcionamiento y se adaptan a la superficie. Ventaja: procesamiento limpio, sin dosificación. Desventaja: mayor resistencia térmica que los rellenos de huecos con el mismo grosor.
5 Compuestos de encapsulado para sistemas de gestión de baterías (BMS) y electrónica de potencia
Los dispositivos de control electrónico, los conectores de alto voltaje y los carriles de distribución de corriente se encapsulan para protegerlos de la humedad, las vibraciones y las cargas mecánicas.
Compuestos de silicona para encapsulado
Las siliconas de dos componentes son las más utilizadas en el encapsulado de sistemas de gestión de batería (BMS). Sus ventajas:
- Resistencia a temperaturas de −60 °C a +200 °C
- Resistencia dieléctrica superior a 20 kV/mm
- Elasticidad permanente (Shore A 20 a 60)
- Sin emisiones corrosivas
- Reparabilidad: la silicona se puede eliminar mecánicamente.
La serie Bluesil RTV 3400 ofrece diferentes viscosidades para su aplicación manual y automatizada. Tiempo de vida útil: de 30 a 90 minutos. Curado a temperatura ambiente en 24 a 48 horas; curado acelerado a 60 °C en 2 a 4 horas.
Compuestos de poliuretano para relleno
Los compuestos de encapsulado de PU se endurecen hasta alcanzar una mayor dureza (de Shore A 70 a Shore D 60) y ofrecen una mayor resistencia mecánica. Son más económicos que las siliconas, pero menos resistentes a las temperaturas (de −40 °C a +120 °C). Aplicación: encapsulado de sensores y componentes electrónicos de baja tensión.
Protección IP67/68
Los paquetes de baterías deben cumplir como mínimo con la clasificación IP67. Por lo tanto, los compuestos de encapsulado deben:
- Se deben moldear sin dejar huecos (se recomienda el moldeo al vacío).
- Adherirse de forma permanente a los pasamuros de la carcasa
- No presentar absorción de agua (menos del 0,5 % según la norma DIN EN 60068)
- Mantener la estanqueidad en todo el rango de temperaturas
6. Comparación de materiales según su aplicación
| Aplicación | Material | Propiedad | Valor típico |
|---|---|---|---|
| De célula a célula | Silicona termoconductora (2K) | conductividad térmica | 2,0 – 3,0 W/m·K |
| Unión estructural de la carcasa del módulo | Adhesivo estructural epoxi | resistencia al cizallamiento | 25 – 35 MPa |
| Relleno de huecos (celda-placa de refrigeración) | Silicona de alto rendimiento | Conductividad térmica / Shore | 3,5 – 5,0 W/m·K / Shore A 40 |
| Encapsulado BMS | Compuesto de silicona para sellado | Resistencia a la perforación / Temp. | > 20 kV/mm / de −60 a +200 °C |
| Junta de la carcasa | Silicon FIPG (1K) | Protección IP / Curado | IP67/68 / 24 h a 23 °C |
| Conector de alto voltaje | Relleno de poliuretano | Dureza Shore / Resistencia al desgarro | Shore D 50 / 15 MPa |
7 Juntas y sellos para cajas de baterías
La carcasa de la batería debe estar sellada de forma permanente contra la humedad, el polvo y las salpicaduras de agua. Hay tres tecnologías que predominan:
FIPG (junta formada in situ)
Los selladores líquidos se aplican mediante robots en forma de cordones y se endurecen hasta convertirse en juntas elásticas. Las siliconas monocomponentes (RTV-1) se endurecen con la humedad del aire en 24 horas. Ventajas: no es necesario almacenar diferentes geometrías de juntas, se puede automatizar, calidad constante. Son fundamentales una dosificación precisa (anchura del cordón de 3 a 5 mm) y una junta definida (de 0,5 a 1,5 mm).
Juntas de butilo
Las cuerdas de butilo preconfeccionadas conservan su adherencia de forma permanente y sellan mediante presión mecánica. Son económicas y fáciles de instalar, pero tienen una menor resistencia a las temperaturas que las de silicona (de −30 °C a +90 °C).
Sistemas de sellado híbridos
Combinación de junta mecánica (junta tórica) y junta de líquido adicional para las exigencias más estrictas. Se utiliza en carcasas IP68 para paquetes de baterías de los bajos del vehículo.
8 Normas y cualificaciones
| Norma / Estándar | Ámbito de aplicación | Requisitos fundamentales |
|---|---|---|
| UN ECE R100 | Seguridad eléctrica de los vehículos de alta tensión | Resistencia mecánica, aislamiento eléctrico, comportamiento frente al fuego |
| GB/T 31467 | Sistemas de baterías de iones de litio (China) | Choque térmico (de −40 a +85 °C), vibración según la norma ISO 16750-3 |
| LV 123 | Componentes eléctricos y electrónicos del Grupo VW | Cambios climáticos, corrosión, ensayos de desgasificación (K01) |
| UL94 V-0 | Protección contra el fuego | Selbstverlöschend < 10 s, kein brennendes Abtropfen, halogenfrei |
| REACH / RoHS | Reglamento de la UE sobre sustancias químicas | Declaración de sustancias SVHC, restricción de sustancias peligrosas |
9 consejos para el montaje de baterías
Automatización de la dosificación
La fabricación moderna de baterías está totalmente automatizada. Los adhesivos y los compuestos de encapsulado se aplican mediante sistemas de dosificación:
- Bombas de engranajes: para materiales de baja viscosidad (menos de 10 000 mPa·s)
- Bombas de tornillo excéntrico: para rellenos de huecos altamente cargados y materiales tixotrópicos
- Cartuchos neumáticos: para procesamiento manual y prototipos
- Instalaciones de encapsulado al vacío: para el encapsulado BMS sin cavidades
Tiempos de endurecimiento y tiempos de ciclo
- Cámaras térmicas (de 60 a 80 °C) para el curado acelerado de epoxis y siliconas
- Acrilatos curables por UV para encapsulado instantáneo (nicho: fijación de sensores)
- Epoxidos de curado rápido con un tiempo de fraguado de 15 minutos a temperatura ambiente
Preparación de superficies
Las superficies de aluminio deben desengrasarse (isopropanol) y, en su caso, pretratarse con plasma o corona. Los materiales compuestos suelen requerir imprimación para una adhesión óptima. Compruebe minuciosamente las superficies pintadas: la rotura de la adhesión puede producirse en la pintura, no en el adhesivo.
Reelaboración y reparabilidad
Las uniones y los encapsulados de silicona se pueden eliminar mecánicamente (cortando, fresando). Las uniones de epoxi son prácticamente indisolubles y requieren un desmontaje destructivo. Diseño para reelaboración: prever juntas de separación, diseñar módulos intercambiables.
10 preguntas frecuentes
¿Cuánto tiempo duran las uniones adhesivas en los paquetes de baterías?
Los adhesivos homologados están diseñados para toda la vida útil del vehículo (de 10 a 15 años, de 3.000 a 5.000 ciclos de carga). Las siliconas no muestran signos de fragilización incluso tras 20 años en ensayos de aceleración. Los epóxidos pueden endurecerse y volverse quebradizos si se someten a una carga continua por encima de los 120 °C; por lo tanto, los perfiles de temperatura especificados en el pliego de condiciones son fundamentales.
¿Se pueden sustituir posteriormente las células y los módulos pegados?
Las uniones de silicona se pueden separar mecánicamente (cortándolas con alambre o cuchilla). Los adhesivos estructurales epoxi son prácticamente indisolubles; en este caso, es necesario un desmontaje destructivo. En los diseños «cell-to-pack» (CTP), las celdas se integran directamente en la carcasa, por lo que no está prevista su sustitución. Las estructuras modulares con uniones atornilladas y adhesivo permiten una mayor facilidad de reparación.
¿Qué requisitos de resistencia al fuego se aplican?
Como mínimo, UL94 V-1 (autoextinguible en 30 segundos). Las aplicaciones de alta gama exigen la clasificación V-0 (autoextinguible en 10 segundos, sin goteo incandescente). Cada vez es más habitual exigir un índice de oxigenación (LOI) superior al 28 %. Las formulaciones sin halógenos son la norma. Los retardantes de llama no deben afectar a las propiedades térmicas ni eléctricas.
¿Cómo se compensa la dilatación térmica?
Las celdas de batería se expanden entre 0,5 y 2 mm durante la carga. Los adhesivos elásticos con un módulo de elasticidad bajo (inferior a 10 MPa) compensan estos movimientos. Los rellenos de huecos con una dureza Shore A de entre 20 y 40 son ideales. En el caso de los epoxis rígidos, la junta de adhesión debe dimensionarse de tal manera que absorba las tensiones de cizallamiento. Regla general: cuanto mayor sea la diferencia de temperatura y cuanto más diferentes sean los materiales, más elástico deberá ser el adhesivo.
¿Se pueden automatizar los procesos de encolado en las gigafábricas?
Sí. Los sistemas de dosificación con aplicadores robotizados alcanzan una precisión del ±1 %. Un control en línea mediante sistemas de cámaras comprueba la geometría y el posicionamiento del cordón. La consistencia del material y las condiciones ambientales son factores críticos. Los tiempos de ciclo inferiores a 60 segundos por paquete de baterías representan lo último en tecnología.
Los paquetes de baterías contienen tensiones de hasta 800 V. Los trabajos solo pueden ser realizados por personal cualificado con formación en alto voltaje (HV-1, HV-2, HV-3 según la Información 200-005 de la DGUV). Antes de abrir el paquete: compruebe que no haya tensión, respete las 5 reglas de seguridad y utilice equipo de protección individual. Las celdas de iones de litio pueden sufrir un sobrecalentamiento térmico si se dañan.
¿Tienes alguna duda sobre el material?
Ya se trate de sellado, encapsulado o pegado, cuando la aplicación es crítica, la elección del material no es una cuestión secundaria.
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