Laila Bonilla, Laure Bertrand
O gerenciamento térmico é fundamental para a eficácia e segurança de sistemas de baterias, especialmente em veículos elétricos e híbridos. Os engenheiros de projeto devem considerar vários aspectos, como isolamento, transferência de calor e energia, condução e convecção, a fim de manter a temperatura das baterias dentro de uma faixa tolerável. Isso evita a perda de calor e garante o bom funcionamento do sistema.
Cada sistema de gerenciamento térmico possui uma capacidade específica de armazenar ou dissipar energia, conhecida como capacidade térmica. Essa capacidade pode ser calculada levando em conta a massa e a capacidade térmica específica de todos os materiais presentes no sistema. A capacidade térmica é crucial para entender a relação entre energia e temperatura.
Quando energia é transferida para o sistema ou gerada internamente, o nível de energia dentro do sistema pode aumentar. Esse aumento de energia resulta em um aumento de temperatura nos materiais presentes. A capacidade térmica específica é o fator que determina como a energia absorvida ou dissipada afeta a temperatura dos materiais.
A versatilidade dos materiais contribui para o design integrado, desempenho e produtividade
No contexto de veículos elétricos e híbridos, o gerenciamento térmico das baterias é essencial para garantir o bom funcionamento dos motores em diferentes condições climáticas. O design e a tecnologia estão em constante evolução para lidar com os desafios apresentados. Engenheiros e projetistas precisam equilibrar diversos fatores, como desempenho, funcionalidade, volume, peso, custo, manutenção e segurança.
Alguns dos desafios enfrentados no gerenciamento térmico e de materiais para baterias em veículos elétricos e híbridos incluem:
- Mantendo as temperaturas dentro de uma faixa ideal, com variações mínimas
- Reduzindo peso e volume das baterias
- Integrando fontes de energia eficientes que possam ser facilmente recarregadas e substituídas
- Garantindo segurança e confiabilidade operacional
- Facilitando o processamento e manutenção do sistema
Os silicones da Elkem podem simplificar a complexidade e oferecer opções variadas
Em veículos motorizados, as baterias podem aquecer em momentos específicos do ciclo de operação, como quando estão em plena capacidade ou durante o processo de recarga. Isso é especialmente relevante em sistemas de recarga rápida, onde a preocupação principal é evitar danos às baterias de íons de lítio devido às altas temperaturas. Os silicones são uma opção atraente devido à sua baixa condutividade térmica e estabilidade em uma ampla faixa de temperatura.
Os silicones são material versátil e customizável, o que permite a criação de produtos específicos para cada fase do ciclo de vida da bateria. Por exemplo, as espumas de silicone são ideais para isolamento, enquanto os adesivos e preenchedores de lacunas são condutores termicamente (veja a Figura 1 abaixo).
Os silicones oferecem versatilidade e personalização
Além das vantagens das espumas de silicone para isolamento e dos revestimentos de gel para encapsulamento, a capacidade de adesão dos silicones é outro benefício significativo. Em sistemas avançados de gerenciamento térmico, muitos componentes devem ser unidos com eficiência. Por exemplo, para garantir a condução térmica nas baterias, é comum utilizar placas de resfriamento de metal como interfaces. Essas placas precisam ser fixadas às baterias, geralmente com adesivos.
Os adesivos de silicone projetados especialmente para essa finalidade são amplamente adotados devido à sua facilidade de uso e resistência. Eles não requerem preparo das superfícies, são estáveis e duráveis em diversas condições ambientais. Além disso, os silicones podem ser formulados para oferecer a combinação ideal de propriedades de adesão, com a vantagem adicional de serem resistentes ao fogo e não inflamáveis, garantindo maior segurança.
Benefícios de processamento e fabricação
A fluididade dos silicones oferece vantagens significativas em processos automatizados, se comparada a outros materiais, como poliuretanos (Tabela 1). Além disso, os silicones podem ser formulados em diferentes formas (líquidos, géis, espumas, etc.) e adaptados para tempos de cura variáveis em diferentes temperaturas, o que os torna ideais para sistemas de processamento existentes e futuros. Essa versatilidade é extremamente benéfica para profissionais do setor automotivo, especialmente na produção de veículos elétricos e híbridos.
Laila Bonilla, Gerente de Desenvolvimento de Negócios, Elkem
Laure Bertrand, Gerente de Serviços Técnicos, Elkem
