Poliamida de alto rendimiento para barras colectoras Primero se extruyen y luego se doblan con un ángulo cerrado: así se consiguen barras colectoras compactas de 800 V

¿Cómo se pueden instalar los carriles conductores en un coche eléctrico en espacios muy reducidos sin que se rompa el aislamiento? Las poliamidas especiales de Ems-Grivory se adhieren directamente al cobre y al aluminio, soportan radios de curvatura muy reducidos —incluso hasta el grosor de un solo conductor— y siguen cumpliendo su función: aíslan con tensiones de hasta 1.000 V y cargas térmicas de hasta 150 °C.

Los tiempos de carga más cortos impulsan el desarrollo de los sistemas de propulsión eléctricos y hacen que las tensiones del sistema pasen de 400 V a 800 V y más allá. A medida que aumenta la potencia eléctrica, también lo hacen las temperaturas de funcionamiento de los componentes por los que circula la corriente. Las barras colectoras macizas de cobre o aluminio —las denominadas «busbars»— sustituyen cada vez más a los cables redondos clásicos en la red de alto voltaje, ya que transmiten corrientes elevadas en un espacio considerablemente menor. Sin embargo, es precisamente este diseño compacto el que lleva a los revestimientos de plástico convencionales a sus límites físicos cuando se exponen al calor y a radios de curvatura reducidos.

Aislamiento eléctrico bajo carga térmica

En el vehículo, las barras colectoras conectan componentes fundamentales como la batería, el inversor, los sistemas de enlace de corriente continua y las unidades de distribución de energía. En las arquitecturas modernas de alto voltaje, las secciones transversales típicas de los conductores oscilan entre 35 mm² y 120 mm². Durante los procesos de carga rápida, estas barras se calientan momentáneamente hasta unos 130 °C, y en picos de carga pueden alcanzar incluso los 150 °C.

Sin embargo, en muchos plásticos estándar, la resistencia específica al paso de la corriente disminuye drásticamente a medida que aumenta la temperatura: el calor hace que las cadenas poliméricas y los iones presentes en el material se vuelvan más móviles, por lo que la resistencia suele reducirse en varios órdenes de magnitud. En barras colectoras de 800 V y temperaturas de hasta 150 °C, una disminución excesiva provoca corrientes de fuga indeseadas, un calentamiento propio local de la capa aislante y, en casos extremos, una descarga eléctrica. Esto acorta la vida útil de todo el sistema de alta tensión.

Los radios de curvatura reducidos exigen adherencia y ductilidad

Además de la carga térmica, el escaso espacio disponible en el paquete de baterías y en la electrónica de potencia complica el diseño. Las barras colectoras rara vez discurren en línea recta en el vehículo, sino que se enrollan estrechamente alrededor de los módulos de batería y los bordes de la carcasa. Los fabricantes recubren primero los perfiles metálicos con plástico mediante un proceso de extrusión, los cortan y, solo después, los doblan hasta darles su geometría tridimensional definitiva. En este proceso, los radios de curvatura suelen ser, a menudo, solo entre una y dos veces el grosor real del conductor.

Este proceso de conformado tras la extrusión somete a la capa de polímero a una tensión desigual. En la parte exterior de la curvatura, el plástico se estira considerablemente, pero no debe romperse ni quedar por debajo del espesor mínimo requerido de la pared. Al mismo tiempo, en el interior actúan elevadas fuerzas de compresión que no deben provocar pliegues ni que la capa se desprenda del metal. Si la capa se desprende del metal o se arruga, el revestimiento pierde su función de protección mecánica y eléctrica.

Poliamidas para tensiones de hasta 1.000 V

Para este perfil de requisitos, el especialista suizo en polímeros Ems-Grivory ha desarrollado, dentro de su gama Grilamid, tipos de PA12-XE con modificación de la adhesividad que están patentados para aplicaciones en barras colectoras de hasta 1.000 V. Incluso en el rango crítico de temperaturas comprendido entre 100 °C y 150 °C, la resistencia específica de paso de estos materiales disminuye notablemente menos que en los plásticos aislantes convencionales. De este modo, el apantallamiento eléctrico se mantiene estable incluso bajo cargas continuas y picos de carga elevados. Al mismo tiempo, estos tipos de poliamida alcanzan una alta adherencia directamente sobre superficies de cobre y aluminio.

Gracias a su elevada ductilidad, la capa aislante resiste sin sufrir daños el doblado posterior en espacios muy reducidos. De este modo, los diseñadores pueden lograr espesores de pared más finos y aprovechar de forma más eficiente el espacio disponible en el vehículo eléctrico. A su vez, unos espesores de capa menores reducen el consumo de material, disminuyen el peso de los componentes y reducen los costes del sistema. Los fabricantes de automóviles europeos y chinos ya utilizan estas poliamidas especiales en la producción en serie para sus actuales arquitecturas de alto voltaje. (mg)