Conectividad para baterías de vehículos eléctricos más potentes

Los avances en el rendimiento de las baterías han contribuido a que los vehículos eléctricos se conviertan en el segmento de mayor crecimiento en la industria automotriz. En los últimos años, se han registrado innovaciones en la industria de los vehículos eléctricos para cubrir la demanda de mayor autonomía por carga. Pero esto plantea un dilema de ingeniería: una batería de mayor tamaño y capacidad incrementa la autonomía del vehículo eléctrico, pero el peso adicional puede afectar su rendimiento. Por ello, los fabricantes de baterías desarrollan diseños compactos que optimizan el espacio

y composiciones químicas que ofrecen mayor densidad de energía para optimizar el rendimiento. Un factor clave para lograr un modelo más compacto es optimizar la conexión de la batería para mejorar la eficiencia eléctrica y reducir al mínimo la pérdida de calor.

TE Connectivity cuenta con más de 20 años de experiencia en la industria de los vehículos eléctricos y colabora con casi todos los fabricantes de automóviles y proveedores de primer nivel. Esa experiencia confirma la importancia de aplicar ingeniería avanzada en la conexión de los componentes del paquete de baterías y en la integración de la fuente de energía con el motor, para transferir energía con alta eficiencia. La calidad y la robustez de estas conexiones eléctricas determinan el éxito o la falla del sistema.

Las nuevas tecnologías de baterías responden a la necesidad de mayor capacidad energética, mejor rendimiento de carga, mayor seguridad, vida útil del paquete de baterías y optimización de costos. Además, la sustentabilidad, la reciclabilidad y la economía circular adquieren un papel cada vez más relevante.

Las baterías de los vehículos eléctricos se componen de celdas, la unidad básica del sistema de almacenamiento de energía, que suelen estar organizadas, aunque no siempre, en módulos. La energía fluye de celda a celda y luego de módulo a módulo. Las conexiones entre los módulos y las celdas constituyen la capa física para la transferencia de energía, el balanceo de celdas, la administración de la batería y su protección. Para asegurar estas funciones, cada módulo y cada celda deben contar con conexiones eléctricas seguras y confiables. Esto requiere sistemas de contacto altamente integrados, capaces de mantener la funcionalidad durante toda la vida útil del vehículo y con la robustez necesaria para evitar que la vibración y el estrés térmico afecten las propiedades mecánicas y eléctricas de los terminales. Además, los terminales deben ser a prueba de contacto para eliminar riesgos de alto voltaje y alta potencia, y garantizar la seguridad durante la fabricación y el mantenimiento posterior.

Además del alto voltaje, las señales de datos de bajo voltaje, como la corriente y la temperatura provenientes de sensores, deben procesarse y monitorearse a lo largo de todo el sistema para proteger el vehículo mediante el sistema de manejo de baterías (BMS). La electrónica del BMS requiere sistemas de conectores compactos y flexibles. Dado que la relación entre las celdas y los controladores varía según los requisitos de diseño de la batería, como la capacidad y la demanda de energía del vehículo, los sistemas de conectores deben ofrecer la flexibilidad necesaria para adaptarse a múltiples configuraciones de conexión. Los conectores también deben ofrecer flexibilidad para integrar distintos tipos de cables, como el cable plano flexible (FFC) y el circuito impreso flexible (FPC), que se adaptan a diseños de batería compactos y
complejos.

Las capas físicas de potencia y datos, compuestas por cables y conectores, desempeñan un papel clave como base de los vehículos de última generación más seguros, sustentables y conectados que demanda el mercado. Esto implica que los sistemas de tracción de alto voltaje y las redes de conectividad de datos de bajo voltaje deben operar con alta confiabilidad y seguridad dentro de arquitecturas centralizadas e integradas inteligentes.

Los vehículos eléctricos actuales deben operar con cargas máximas durante periodos más prolongados. Una mayor transferencia de energía produce más calor, y cuando los componentes eléctricos se calientan, el envejecimiento se acelera y sus propiedades eléctricas pueden cambiar con el tiempo.

El manejo de la temperatura es clave durante la fase de desarrollo de todos los conectores de alto voltaje. Por ejemplo, los ingenieros de TE Connectivity diseñan sistemas de conexión para baterías con mínima pérdida de calor que maximizan la transferencia de corriente dentro del paquete de baterías, incluso a niveles de corriente muy altos. TE Connectivity realiza simulaciones térmicas integrales a nivel sistema que generan datos clave para optimizar el diseño de plataformas de vehículos eléctricos para OEM y proveedores de primer nivel. Estas simulaciones ofrecen una visión real de los límites de temperatura de cada componente antes de fabricar los productos, lo que acelera el proceso de desarrollo.

Durante más de un siglo, los avances en vehículos con motor de combustión interna han impulsado mejoras en rendimiento y eficiencia. Por ejemplo, el suministro de gasolina desde el tanque de combustible hasta el motor es un proceso ampliamente probado. En los vehículos eléctricos, el flujo de electricidad desde la infraestructura de carga hasta la batería, y de la batería al motor eléctrico, resulta clave para mejorar la autonomía y el rendimiento.

La mayoría de las plataformas tradicionales de vehículos eléctricos operan con sistemas de 400 voltios; sin embargo, aumenta la adopción de sistemas de 800 voltios y comienzan a surgir incluso sistemas de 1,000 voltios. Aquí es donde entran en juego los terminales y los conectores de alto voltaje. Estos conectores deben contar con conexiones multipunto configurables en los terminales, ajustadas a los requisitos precisos de corriente de cada aplicación, para maximizar la transferencia de energía y minimizar la resistencia y el calor. Además, las tecnologías avanzadas de recubrimiento de metal para terminales ofrecen mayor durabilidad con el paso del tiempo en comparación con los recubrimientos estándar.

Aunque los vehículos eléctricos ya forman parte del mercado de consumo, sus arquitecturas continúan evolucionando a un ritmo acelerado. La industria vive una plena transformación y, a nivel mundial, los fabricantes de automóviles reestructuran sus modelos de negocio e invierten miles de millones de dólares en investigación y desarrollo de vehículos eléctricos. Para ingenieros y diseñadores, resulta complejo mantenerse al día con las últimas tendencias y normas, que varían según la región y el fabricante.

El reto actual: equilibrar la simplificación de las arquitecturas de los vehículos eléctricos para integrar cables y conectores de mayor tamaño, necesarios para voltajes y corrientes más altos, y a la vez reducir volumen y peso. Además, los fabricantes de automóviles y de paquetes de baterías obtienen ventajas al colaborar con proveedores estratégicos para impulsar la próxima generación de vehículos eléctricos al mercado.

Los ingenieros y científicos de TE Connectivity continúan innovando sistemas de conexión eléctrica con base en las exigencias de las tecnologías avanzadas de baterías, lo que reduce los retos de conectividad para los OEM y les permite enfocarse en otras áreas del diseño y la producción de los vehículos, lo que genera capacidad para que los OEM desarrollen más modelos de vehículos eléctricos y aceleren la producción, en respuesta a la creciente demanda global de electromovilidad y al impulso hacia un futuro más sustentable.