Lanxess y Kautex Textron pioneros en termoplásticos D-LFT para carcasas ligeras de baterías EV

La empresa de especialidades químicas Lanxess (Colonia, Alemania) y Kautex Textron GmbH & Co. KG (Bonn, Alemania), una empresa de Textron Inc. (Providence, R.I., EE. UU.), llevan varios años colaborando para demostrar las ventajas de los termoplásticos técnicos frente a metales en carcasas de baterías para vehículos eléctricos (EV) en términos de reducción de peso y coste, integración funcional y comportamiento de aislamiento eléctrico. Juntas, las empresas han desarrollado un demostrador tecnológico cercano a serie en un estudio de factibilidad. Con una longitud y anchura de unos 1.400 milímetros cada una, el sistema es una pieza de carcasa totalmente plástica de gran formato con un peso en la gama de decenas de kilogramos.

"Como primer paso, hemos prescindido completamente de estructuras de refuerzo metálicas demostrando que podemos producir comercialmente estos componentes complejos y grandes", explica Felix Haas, director de desarrollo de producto en Kautex Textron. De cara al futuro, Kautex y Lanxess quieren usar los resultados de la cooperación para entrar en proyectos de desarrollo para producción en serie con fabricantes de automóviles.

El demostrador se desarrolló basado en la carcasa de batería de un EV de segmento C. Consiste en una bandeja de carcasa con estructura de choque, una tapa de carcasa y una protección de bajos (subcuerpo). Los componentes de la carcasa pueden producirse en un proceso de moldeo termoplástico de fibra larga directa (D-LFT) en una sola etapa. Lanxess ha optimizado su resina Durethan B24CMH2.0 PA6 como material para el compuesto de moldeo D-LFT; Kautex Textron compone el PA6 para el proceso con roving de fibra de vidrio. El Tepex dynalite de fibra continua reforzado termoplástico de Lanxess se aplica como refuerzo para la estructura de la carcasa. "El proceso permite tiempos de ciclo más cortos y, por tanto, más económicos que los procesos en los que se procesan acero o aluminio", explica Haas.

Hoy, según Lanxess, las carcasas para baterías de alto voltaje se fabrican principalmente de perfiles de acero o aluminio extruido. Según la clase del vehículo, la longitud y anchura de la carcasa pueden superar ampliamente los 2.000 o 1.500 milímetros, respectivamente. El tamaño, el número de componentes y los numerosos pasos de fabricación y montaje hacen que las carcasas metálicas sean muy costosas. Por ejemplo, estructuras complejas de perfiles de prensado requieren muchos pasos de trabajo secundario como soldadura, punzonado y remachado. Además, los componentes metálicos deben protegerse contra la corrosión en un paso adicional mediante recubrimiento por inmersión catódica.

"Los plásticos, por otro lado, pueden explotar plenamente su libertad de diseño. Integrando funciones como fijaciones y componentes de gestión térmica, el número de componentes individuales de una carcasa de batería puede reducirse drásticamente. Esto simplifica el montaje y el esfuerzo logístico, reduciendo costes de producción", afirma el Dr. Christopher Hoefs, gestor de proyecto e-Powertrain en Lanxess.

Las carcasas de baterías de alto voltaje también deben cumplir requisitos técnicos muy exigentes, incluyendo alta rigidez y resistencia, absorción de energía en caso de choque, retardancia a la llama e integración en la estructura del vehículo, por citar algunos. Lanxess informa que los plásticos tienen potencial para satisfacer muchas de estas necesidades. El material es resistente a la corrosión y eléctricamente aislante, lo que garantiza un menor riesgo de cortocircuito del sistema. La baja densidad de los plásticos y su potencial para construcción ligera también conducen a carcasas significativamente más ligeras, lo que beneficia, entre otras cosas, la autonomía de los EV.

"Seguimos trabajando juntos en optimizar la producción y el diseño estructural de los componentes. El objetivo es realizar la mayor parte del trabajo de desarrollo virtualmente, para ahorrar costes en diseño de prototipos y acortar el tiempo de comercialización de futuros componentes de serie", dice Hoefs.