Conexiones fiables para compresores eléctricos en sistemas de aire acondicionado de vehículos eléctricos
La tendencia hacia la movilidad eléctrica hace que los compresores de aire acondicionado funcionen cada vez más con electricidad. Las tensiones de funcionamiento y, por tanto, los requisitos para los terminales de la fuente de alimentación difieren considerablemente. SCHOTT ha desarrollado dispositivos de paso óptimos para compresores eléctricos, tanto para alta tensión como para 48 V. Los conductores de cobre para alta corriente y aislamiento adicional mediante un elastómero sintético especial para aplicaciones de alta tensión son únicos.
El aire acondicionado es ahora una característica estándar de los automóviles. Incluso en Europa, con zonas climáticas muy diferentes, la proporción de vehículos que salen de las líneas de producción con aire acondicionado es de alrededor del 92 %, mientras que en Estados Unidos es de casi el 100 %. Por ejemplo, los expertos esperan altas tasas de crecimiento en la India.
Contribuyendo a una experiencia de conducción óptima
El confort no es la única función del aire acondicionado de un vehículo. Los estudios han demostrado que la seguridad vial acarrea muchos riesgos si los conductores sufren temperaturas superiores a los 30 grados. Los sistemas de aire acondicionado también protegen al conductor y a los pasajeros de determinadas sustancias contaminantes del aire, ya que las sustancias como el polvo se eliminan junto con la humedad.
La movilidad eléctrica presenta nuevos desafíos para el aire acondicionado. Una de las razones es que, en determinadas situaciones, las baterías de iones de litio utilizadas para alimentar a los vehículos también deben enfriarse, ya que las altas temperaturas reducen la vida útil de estas baterías. Funcionan con una eficiencia máxima de entre 15 y 35 grados centígrados. Las temperaturas superiores aceleran el proceso de envejecimiento. Para reducir la temperatura de funcionamiento se utilizan varios enfoques tecnológicos. Esto se conoce como el acondicionamiento de la batería, y la forma más común de lograrlo es utilizando el sistema de aire acondicionado en sí mismo, ya que ya está instalado en el vehículo. La fuente de enfriamiento habitual es un compresor.
Alta tensión y 48 V
En un vehículo totalmente eléctrico, el compresor también debe funcionar eléctricamente. Por supuesto, lo mismo también aplica a los vehículos híbridos, permitiéndoles recorrer largas distancias con electricidad. De lo contrario, en este modo de funcionamiento no se garantizaría la climatización del habitáculo y el acondicionamiento de la batería de accionamiento. Actualmente (2020), el 7 % de los nuevos vehículos entregados en todo el mundo están equipados con un compresor eléctrico. La mayoría cuentan con una fuente de alimentación de alta tensión. Los sistemas de 48 V siguen siendo raros, pero están cobrando importancia. En ambos casos, el motor de accionamiento está integrado en el compresor. Por el contrario, en los vehículos convencionales, el motor de combustión interna acciona el compresor mediante una correa. En el caso de un compresor eléctrico, la energía debe ser alimentada directamente a la carcasa. Esto se logra utilizando dispositivos de paso adecuados. Son componentes esenciales para los que SCHOTT es el proveedor líder.
Requerimientos de aislamiento
En los sistemas de alta tensión, el voltaje de funcionamiento disponible de la batería de accionamiento es siempre superior a 200 V, a menudo superior a 500 V. Incluso, algunos OEM utilizan alrededor de 800 V. Estas altas tensiones imponen exigencias muy altas al aislamiento eléctrico. Los dispositivos de paso son un desafío particular para la industria automotriz y sus proveedores. Durante mucho tiempo, la alta tensión no estaba arraigada al ADN de esta industria. "SCHOTT, sin embargo, cuenta con más de 80 años de experiencia en el sellado de metal a vidrio", dice Akira Fujioka, gerente de R&D. "Llevamos más de 60 años fabricando estos componentes para aires acondicionados estacionarios y refrigeradores", añade.
Las condiciones en los vehículos de carretera son extremas. Cumplir con los requerimientos habituales de la industria en términos de factores ambientales, vibraciones y fuertes fluctuaciones de temperatura es un desafío difícil. Además, existen condiciones propias del compresor. El terminal debe soportar los distintos refrigerantes, como el R134a, el R1234yf y el R744 (CO2). Con una presión de funcionamiento de hasta 200 bar (20 megapascales), el dióxido de carbono es el elemento más demandante. El aislamiento también debe soportar altas tensiones. Las distancias de fuga son especialmente críticas. SCHOTT utiliza varios materiales de alta calidad para optimizar el diseño, incluido el vidrio. Estos actúan como aislantes eléctricos y separan a los pasadores de contacto metálicos de la placa de soporte. El vidrio es una competencia fundamental de SCHOTT. Durante 140 años, la empresa ha sido conocida por diferentes tipos de vidrio especiales de alta calidad. La empresa también tiene un alto nivel de experiencia en conectar el vidrio con el metal.
Elastómero sintético para una protección adicional
Hay otro material que hace que los terminales para compresor eléctrico de SCHOTT sean únicos, el elastómero. Aunque el vidrio es responsable de la conexión mecánica, las piezas hechas de goma sintética evitan la condensación que, de otro modo, acortaría el camino de fuga y fomentaría la formación de chispas. Por supuesto, el elastómero puede soportar los diferentes aceites lubricantes para compresores, como los PAG y POE. SCHOTT utiliza diferentes materiales de sellado tanto en el interior como en el exterior. "Después de realizar una amplia serie de pruebas, nuestros ingenieros han encontrado la combinación ideal", afirma Akira Fujioka. Los componentes elásticos hacen que las conexiones sean más fiables y duraderas. Los estándares de calidad más altos también se aplican a las placas portadoras. Deben ser muy planas y lisas, de modo que queden suficientemente ajustadas contra la carcasa del compresor.
Los vehículos híbridos y eléctricos están equipados con compresores alimentados por batería.
El desafío de las altas corrientes
Los compresores de 48 V imponen requisitos diferentes a los de los modelos diseñados para tensiones más altas. En el desarrollo de nuevos vehículos y, sobre todo, en conceptos eléctricos alternativos, el suministro de energía de un sistema de 48 V ya juega un papel importante en la electrificación de vehículos. Actualmente, se están desarrollando automóviles que pueden recorrer distancias de hasta 30 kilómetros con esta baja tensión. Sin embargo, la conexión eléctrica para el compresor y, por lo tanto, los dispositivos de paso también son críticas en este caso, pero esta vez por diferentes razones que una conexión de alta tensión. Las exigencias del aislamiento y las distancias de fuga no son tan serias como las de la transmisión de alta corriente. Los compresores de aire acondicionado requieren más de dos kilovatios de potencia. A 48 V, esto significa de 100 a 150 amperios. Esto requiere un corte transversal grande para los terminales de suministro de energía.
El cobre es el mejor conductor
SCHOTT tiene un producto único en su gama para cumplir con este requisito. Los conductores están hechos totalmente de cobre, el cual tiene una excelente conductividad. Los dispositivos de paso estándar para compresores utilizan conductores de acero inoxidable. La razón es que el coeficiente de expansión de este material y su resistencia son comparables a los del vidrio. Sin embargo, tiene una conductividad eléctrica más baja que el cobre, pero el cobre se expande de una manera menos favorable. Aquí es donde entra en acción la innovación patentada de SCHOTT. Compensa las diferencias en la expansión de los conductores de cobre y los aislantes de vidrio. Una mejor conductividad del cobre permite que los cortes transversales sean más pequeños y que las conexiones sean más compactas.
SCHOTT ya suministra sus dispositivos de paso eléctricos a algunos de los mayores fabricantes de compresores eléctricos. La gama de productos de la empresa incluye componentes estandarizados y a la medida.
Compresor eléctrico diseñado con goma y cerámica
