La junta plegable soluciona los problemas de sellado de la batería

Jul 06, 2023

Amir Yazdani y Andreas Proksch exploran cómo la nueva junta plegable de Datwyler aborda los desafíos de la tecnología existente

La seguridad y la eficiencia son puntos centrales de atención para los desarrolladores de sistemas de baterías de hoy. Las baterías para nuevas soluciones de movilidad presentan nuevos desafíos en comparación con las utilizadas en los motores de combustión interna (ICE). Problemas como la fuga térmica y la corrosión de los componentes de la batería podrían provocar situaciones que pongan en peligro a los ocupantes o reduzcan significativamente el ciclo de vida de la batería. Un sellado adecuado de la batería dentro de su carcasa es esencial para mitigar estos riesgos, ya que el sello es la primera línea de defensa contra influencias negativas no deseadas. La batería debe estar correctamente sellada para evitar la entrada de polvo y humedad. También se debe tener en cuenta la conductividad eléctrica del sello para la conexión a tierra eléctrica de la cubierta.

Las juntas existentes, basadas principalmente en adhesivos y elastómeros de silicona, son comunes para sellar carcasas de baterías, al igual que las soluciones formadas in situ (FIP), que se inyectan en la carcasa y se dejan curar. Ambos presentan desafíos en términos de manejo durante la instalación, posicionamiento en la bandeja, eficacia después del curado y la capacidad de facilitar tanto el mantenimiento continuo como la reciclabilidad al final de su vida útil. Como resultado, Datwyler ha diseñado una solución innovadora, la junta plegable, que ofrece una solución de sellado para paquetes de baterías que supera todos estos problemas. La solución combina materiales elastómeros avanzados con placas metálicas delgadas, plegables en algunos puntos y rígidas en su conjunto, que se pueden especificar y colocar a intervalos según geometrías de piezas únicas, lo que permite un montaje preciso, ya sea de forma manual o robótica.

Normalmente, para la carcasa de la batería y sus sellos asociados, las tolerancias son muy restrictivas y deben cumplir con IP6x o parámetros de protección de ingreso equivalentes. No se aceptarán espacios, por lo tanto, al diseñar el inserto metálico, Datwyler puede controlar las dimensiones con precisión con un margen mínimo de error. Los ingenieros utilizan las propiedades elásticas del material de caucho de Datwyler, que es muy preciso, para cumplir los requisitos dentro de los parámetros requeridos a determinadas alturas. A diferencia de las juntas FIP, no hay una sección inicial ni final, donde hay que asegurarse de que no haya un pequeño canal para proteger contra los efectos de la corrosión.

La instalación precisa y confiable de la junta plegable es clave, ya que los fabricantes de baterías están fabricando sistemas de baterías de mayor densidad y sus carcasas son cada vez más complejas y diversas. Estos diseños más complejos necesitan una junta más precisa para garantizar que la integridad del sello no se vea comprometida y el elemento metálico de la solución garantiza que así sea. El metal suele ser el mismo que se utiliza para la carcasa y la superficie está anodizada y tratada para garantizar una unión fuerte con el componente elastómero. El resultado es una solución de sellado que ofrece mayor durabilidad y también conductividad eléctrica, lo que significa que la electricidad puede transferirse fácilmente desde la cubierta superior a la carcasa inferior a través de la junta, lo que evita la corrosión como consecuencia de la acumulación de electricidad. Las soluciones independientes de caucho puro y FIP no tienen esta capacidad.

Finalmente, la interferencia electromagnética (EMI), que puede afectar a componentes como sensores o unidades de control críticas, también se puede mitigar mediante materiales de protección EMI, que se pueden utilizar para formular el elemento de caucho de la junta plegable.

La simulación numérica del rendimiento de sellado de juntas plegables es un elemento central en todo el proceso de diseño. Dichas simulaciones permiten comprender con precisión el comportamiento mecánico y térmico del sello en condiciones extremas, garantizando la efectividad y confiabilidad del sello en diversas situaciones críticas. Este esfuerzo comienza con un modelo bidimensional de elementos finitos, en el que se evalúan las variaciones de la presión de sellado a lo largo de los labios del sello (ver figura 1). Una vez que la presión de contacto y el área en el sello cumplen con los requisitos para el desempeño específico definido, el esfuerzo de simulación continúa realizando un modelado tridimensional de elementos finitos para evaluar la cantidad de pretensión en los pernos requerida para mantener la junta plegable. en su lugar. Esta tensión previa garantiza también la conductividad eléctrica deseada entre las piezas de la carcasa.

Finalmente, el último paso se centra en la simulación de toda la carcasa de la batería conectada con la junta plegable, de modo que se garantice la integridad del sello a lo largo de todo el labio del sello. Estos conjuntos de tareas de simulación facilitan el proceso de optimización durante el diseño de la junta con el resultado de optimizar las dimensiones geométricas, las propiedades del material y las fuerzas de montaje.

Los fabricantes de baterías también están considerando la posibilidad de abrir el paquete de baterías varias veces durante su vida útil para inspección y mantenimiento. La junta plegable lo hace posible. Si se utiliza una junta FIP, un lado de la junta se adhiere permanentemente a la carcasa. Esto significa que cuando se abre la junta no se puede quitar. La junta plegable se puede quitar y reemplazar fácilmente ya que no hay adhesivo entre la junta y la carcasa. La solución de fijación utiliza remaches autoperforantes generales o tornillos M5/M6 para facilitar la apertura. Esto también permite un desmontaje más fácil sin dañar la junta de sellado cuando se necesita inspección o mantenimiento, o cuando la batería llega al final de su vida útil.

Desde una perspectiva de ecodiseño, los principios de diseño de la junta plegable significan que, desde el transporte inicial, la manipulación y la instalación hasta la aplicación, el mantenimiento y, en última instancia, el reciclaje eficaces, los fabricantes de baterías experimentan los beneficios de una excelente solución de sellado.

Acerca de los autores: El Dr. Amir Yazdani es Gerente de Desarrollo de Tecnología Avanzada en Datwyler. Andreas Proksch es director de producto de electrificación en Datwyler