Vehículos Eléctricos y Soldadura Ultrasónica para Barras

May 24, 2023

Mejoras en la soldadura ultrasónica (vinculada con la tecnología CLC) respecto a la soldadura convencional

A medida que el mercado de vehículos eléctricos continúa expandiéndose, los fabricantes buscarán soluciones para mejorar los procesos tecnológicos actuales para los vehículos eléctricos en lo que respecta arendimiento de la batería , como la eficiencia, la vida útil de la batería y el tiempo de carga. Para maximizar estos factores potenciales clave, la soldadura ultrasónica desempeñará un papel crucial en estos avances tecnológicos. Desde la década de 1980, se ha documentado que la industria de fabricación de mazos de cables para automóviles es el mayor usuario de soldadura ultrasónica.

En los vehículos eléctricos, grandes bancos de celdas de batería se fusionan en paquetes sellados para lograr el voltaje y la corriente de funcionamiento necesarios para alimentar el motor eléctrico de un vehículo. Dos preocupaciones principales con respecto a los vehículos eléctricos son el almacenamiento de energía y la autonomía. Los fabricantes de equipos originales están abordando estos problemas de dos maneras: creando baterías más grandes que permitan un mayor alcance y creando baterías más potentes que permitan una carga más rápida.

Con el desarrollo de los vehículos eléctricos, los fabricantes han descubierto que las barras colectoras son la solución ideal para mejorar la conducción en los vehículos eléctricos. Las barras colectoras son conductores aplanados que están revolucionando el panorama de los vehículos eléctricos, que se alojan dentro de aparamentas, paneles y gabinetes de electroductos para la distribución local de energía de alta corriente. Una barra colectora es una tira o barra metálica hecha de cobre, latón o aluminio que conecta a tierra y conduce la electricidad.

Con la implementación de barras colectoras en los vehículos eléctricos, se necesita un procedimiento de unión sensible y sólido para garantizar la conductividad. La tecnología de soldadura ultrasónica es un proceso de unión probado que es ideal, según lo especificado por los fabricantes de automóviles, para su uso en barras colectoras y electrónica de potencia. Con la soldadura ultrasónica, los parámetros se pueden controlar y hay menos tensión en la soldadura, lo que hace que las soldaduras sean repetibles y precisas. La soldadura ultrasónica es el proceso de unión preferido para barras colectoras.

TECH-SONIC ha desarrollado un proceso de unión ultrasónico de última generación llamado "CLC" o Control de circuito cerrado. La soldadura ultrasónica convencional opera en un cilindro neumático que puede tener algunas inconsistencias con la variación del aire, pero la soldadura ultrasónica de control de circuito cerrado de TECH-SONIC utiliza un servomotor eléctrico y células de carga en conjunto con una soldadora ultrasónica. Esta integración permite a los usuarios controlar y monitorear la fuerza y ​​amplitud aplicadas durante el proceso de soldadura. TECH-SONIC llama a este proceso “soldadura de varios pasos”, convirtiendo un sistema de circuito abierto en un sistema de circuito cerrado. Esta tecnología proporciona un control de calidad superior con resultados de soldadura altamente repetibles, lo que genera importantes ahorros de costos. Este es el proceso de incorporación ideal paraBarras colectoras para vehículos eléctricospara asegurar una soldadura conductiva y sólida.

La soldadura ultrasónica de control de circuito cerrado de TECH-SONIC utiliza un servomotor eléctrico y células de carga junto con una soldadora ultrasónica. Esta integración permite a los usuarios controlar y monitorear la fuerza y ​​amplitud aplicadas durante el proceso de soldadura. TECH-SONIC llama a este proceso “soldadura de varios pasos”, convirtiendo un sistema de circuito abierto en un sistema de circuito cerrado. Esta tecnología proporciona un control de calidad superior con resultados de soldadura altamente repetibles, lo que genera importantes ahorros de costos. Este es el proceso de unión ideal de barras colectoras para garantizar una soldadura sólida y conductiva.

Las barras colectoras vienen en diferentes tamaños y formas que determinan la cantidad máxima de corriente eléctrica que un conductor puede transportar antes de deteriorarse. Las barras colectoras suelen estar hechas de cobre, latón o aluminio resistentes a la corrosión en tubos macizos o huecos. La forma y el tamaño de una barra colectora, ya sean tiras planas, barras sólidas o varillas, permiten una disipación de calor más eficiente debido a la alta relación entre el área superficial y el área transversal. Las barras colectoras de cobre normalmente se oxidan con el tiempo pero siguen siendo conductoras. Por eso es importante recubrir la barra colectora para protegerla contra la oxidación. Los tres propósitos principales del recubrimiento de barras colectoras son: inhibir la corrosión, aumentar la conductividad y fines cosméticos. El tamaño actual de las barras colectoras utilizadas en aplicaciones automotrices es de 35, 50 y 90 mm2. Hoy en día, un paquete de baterías tiene entre 15 y 20 barras colectoras.

Con los materiales adecuados, una barra colectora puede ayudar a la gestión térmica junto con la distribución de energía en un EV/HEV. El material conductor de una barra colectora y el tamaño de la sección transversal de la barra colectora determinarán su capacidad de transporte de corriente. Las barras colectoras laminadas suelen consistir en conductores de cobre o aluminio, que pueden o no estar recubiertos con metal conductor adicional, como plata u oro. Las barras colectoras se pueden fabricar en una variedad de formas, incluidas tiras planas, varillas sólidas y tubos huecos, prefiriéndose generalmente formas planas o huecas para aplicaciones de alta corriente.

Los requisitos de energía de un EV/HEV pueden variar ampliamente, siendo las mayores cantidades de energía eléctrica requeridas por el inversor y el motor de accionamiento eléctrico. Un motor EV tiene una amplia gama de niveles de potencia, desde funcionamiento con menor voltaje a velocidades lentas hasta un uso de mayor potencia al acelerar o subir pendientes pronunciadas. Las barras colectoras de baja inductancia pueden ayudar a lograr una transferencia de energía con bajas pérdidas y una alta eficiencia energética desde un paquete de baterías al minimizar las pérdidas de energía en la ruta de transmisión de energía desde el paquete de baterías de alta potencia de un vehículo eléctrico hasta el inversor y el motor de accionamiento eléctrico.

La tecnología de soldadura ultrasónica es un proceso de unión probado que los fabricantes de automóviles especifican cada vez más para su uso en vehículos eléctricos para conexiones de cables a terminales, barras colectoras, fabricación de baterías y electrónica de potencia. La soldadura lineal es la técnica más tradicional y conocida utilizada por todos los fabricantes de equipos como proceso estándar para empalmar cables. Sin embargo, la soldadura lineal presenta limitaciones de tamaño, dificultades para soldar en áreas más pequeñas, problemas con la orientación de la soldadura y efectos de vibración en los componentes periféricos. Con la soldadura ultrasónica, los parámetros se pueden controlar y hay menos tensión en la soldadura, lo que hace que las soldaduras sean repetibles y precisas.

Una barra colectora se puede caracterizar por su resistencia y conducción, idealmente con sus contribuciones eléctricas distribuidas lo más uniformemente posible a lo largo de su longitud para evitar problemas de rendimiento. Si bien se prefieren los valores de resistencia y conducción más bajos posibles en una barra colectora para distribución de energía para vehículos eléctricos y HEV, a algunas barras colectoras para ese propósito se les agrega capacitancia de diferentes maneras para aumentar las capacidades de transporte de carga de la estructura de distribución de energía.

A diferencia de los cables de alimentación, las barras colectoras también permiten lograr una distribución de energía con alta densidad de potencia, montando componentes activos para la conversión de energía, como semiconductores IGBT, y elementos de circuito pasivos, como condensadores y filtros EMI para la reducción de ruido, en el barras colectoras. En la mayoría de los casos, los elementos del circuito se pueden incorporar a una barra colectora laminada antes de su instalación en un EV o HEV o como parte del proceso de fabricación de la barra colectora. La incorporación de condensadores electrolíticos en barras colectoras para accionamientos de motores puede mejorar el rendimiento y al mismo tiempo conservar el volumen del circuito. Para ahorrar más espacio dentro de un EV/HEV, se encuentran disponibles formas híbridas de barras colectoras con rutas de señal a lo largo de los planos de potencia para interconectar sensores y unidades de control a las computadoras a bordo del vehículo y a los controles del conductor.