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Tendencias de la automoción Cinco conclusiones del IABC 2019, Estados Unidos
Acero Docol® para la industria automotriz

Cinco conclusiones del IABC 2019, Estados Unidos

Ponencias del International Automotive Body Congress (IABC 2019, Detroit, Estados Unidos)

1) Los conceptos de las cajas de baterías dominan la agenda del IABC
2) Plan para baterías de VE más grandes y materiales menos costosos
3) La combinación de materiales ha llegado para quedarse
4) Paridad de precios para 2024: vehículos eléctricos de baterías (VEB) y motores de combustión interna (MCI)
5) Laminación 3D e impresión 3D para perfiles innovadores

Carrocería para el Chevy Corvette 2020
Carrocería para el Chevy Corvette 2020

Los conceptos de las cajas de baterías dominan la agenda del IABC 

El tema más importante —con diferencia— en el congreso IABC 2019 celebrado en Estados Unidos, fueron las cajas de baterías para VEB. Para satisfacer la necesidad de aumento de autonomía de los VEB, las baterías son cada vez más pesadas (Wh/kg) y mucho más densas en energía (Wh/l). Por numerosas razones, ahora tiene sentido que los OEM aumenten el número de celdas/módulos de baterías de sus VEB.

Sin embargo, cuanto más grandes y pesadas sean las baterías, más ingenioso tendrá que ser el diseño de la carrocería para proteger las celdas frente a cualquier intrusión durante los impactos. La prueba de polos en impactos laterales resulta especialmente complicada para las baterías de los VEB.

Afortunadamente para los diseñadores, las cajas de baterías también son multifuncionales: cuando se combinan con el resto de la estructura del suelo de la carrocería, aportan dureza y rigidez torsional, aumentándolas en más de un 30% en comparación a los MCI (fuente: Caresoft Global Inc.).

Se presentaron numerosos conceptos de cajas de baterías, incluido el Concepto de diseño de VE con Docol® con sus vigas laminadas 3D que reducen la altura.

 

Plan para baterías de VE más grandes y materiales menos costosos

A partir de 2020 y en adelante, el ‘aligeramiento’ con aluminio resultará más caro que agregar módulos de baterías, según Don Malen, Universidad de Michigan, Estados Unidos, y Bloomberg New Energy Finance. No cabe duda de que los consumidores quieren baterías más grandes para aumentar la autonomía y reducir su preocupación frente a distancias más largas.

Las baterías más grandes requerirán carrocerías fabricadas con aceros de ultra alta resistencia (UHSS) para absorber el aumento de energía generado por el aumento de la masa del vehículo.

Las cajas de baterías de aluminio ya presentan desventajas en cuanto al coste en comparación con las cajas fabricadas con aceros AHSS y UHSS. ImproValue indica una ventaja actual de 88 a 110 dólares estadounidenses por vehículo a favor de una caja de baterías de acero AHSS/UHSS frente a una caja de aluminio. (Supuestos: planta ideal, 200 mil vehículos/año; 5 años de producción; y teniendo en cuenta los costes de los materiales, los procesos de conformado, el montaje y la pintura electroforética.)

Los presentadores del IABC señalaron que esta diferencia de precios probablemente aumentará en el futuro, a medida que aumente el tamaño de las cajas de baterías de los VE y los diseñadores se vuelvan más innovadores con las soluciones de aceros AHSS/UHSS. Su recomendación: no se limite a cambiar el aluminio del diseño de la caja de baterías por acero. En su lugar, aproveche las ventajas específicas que ofrecen los aceros AHSS para nuevos diseños que utilicen los procesos de producción existentes y considere algunos procesos novedosos para el conformado del acero como la laminación 3D.

E incluso con baterías para VE más grandes, potentes y pesadas, el ‘aligeramiento’ seguirá siendo fundamental. En primer lugar, los OEM querrán compensar parcialmente el peso adicional de unas baterías más grandes. Y el ‘aligeramiento’ que se obtiene usando aceros AHSS/UHSS tiene más sentido desde el punto de vista económico (y medioambiental) que usar aluminio o CRFG, que presentan unos niveles más altos en cuanto a emisiones de gases de efecto invernadero. Esperamos que en pocos años comencemos a ver baterías de estado sólido de densidad (energía) más alta: serán más ligeras que las baterías de iones de litio, pero probablemente también más costosas, por lo que los diseñadores querrán seguir trabajando con los aceros AHSS/UHSS económicos en un futuro previsible.

 

La combinación de materiales ha llegado para quedarse

Algunos modelos de automóviles de gama alta (Tesla X, S y 3, BMW i3 y Jaguar I-PACE) utilizan actualmente grandes cantidades de aluminio en sus carrocerías, mientras que los modelos más sensibles a los costes (Renault Zoe, Nissan Leaf y Chevy Bolt) adoptan un enfoque hacia una mezcla de materiales con un mayor contenido de acero.

Es posible que algunos automóviles de gama alta sigan utilizando grandes cantidades de aluminio en sus carrocerías, pero el futuro parece ser opuesto: la mezcla de materiales en los automóviles parece estar aumentando, con materiales específicos que solucionan desafíos específicos de optimización.

Por ejemplo, la lista de materiales de la nueva plataforma de la carrocería del Ford Explorer 2020 es ilustrativa:
Acero dulce 24,2%
Acero de alta resistencia 21,4%
Acero avanzado de alta resistencia 13,1%
Acero de ultra alta resistencia 9,2%
Acero endurecido por presión 25,2%
Aluminio – estampado 0,1%
Aluminio – extruido 3,7%
Aluminio – fundido 2,1%
Magnesio – fundido 0,5%

Ford presentó su enfoque hacia la optimización de la topología de la carrocería, incluido un análisis topológico de la ‘interpretación de la estructura del esqueleto’ para la transmisión de la carga principal, la transmisión de la carga superior, las barras de tensión y las barras de compresión. La estructura de refuerzo ‘biónica’ del Ford Escape/Kuga 2020 supone la transformación de las cargas de impacto en tensión y compresión —con una flexión mínima.

En el caso del Ford Escape/Kuga 2020, se diseñaron individualmente los componentes clave —incluida la estructura delantera, los pilares, el riel del techo y la estructura de refuerzo de la parte trasera— para cada mercado regional. Aunque estos componentes se adaptaron especialmente para satisfacer los requisitos de rendimiento regionales, todos juntos lograron un rendimiento máximo óptimo.

El Ford Escape/Kuga 2020 es un vehículo más ligero que sus predecesores. Su diseño:

  • Es 90 kg más ligero, con una carrocería 5 kg más ligera, gracias a los aceros AHSS y UHSS.
  • Ofrece una mejor estructura para los pasajeros, con mayor capacidad de carga, mediante un diseño eficaz de secciones y juntas.
  • Ofrece un 10% más de resistencia a la flexión estática HEV y un rendimiento un 12% más alto que el modelo anterior.
  • Sigue siendo asequible gracias a el uso espesores finos de aceros AHSS y UHSS en la carrocería.

 

Paridad de precios para 2024: vehículos eléctricos de baterías (VEB) y motores de combustión interna (MCI)

En 2024 —y sin créditos fiscales gubernamentales— los VEB alcanzarán la paridad de precios con los MCI en todos los tipos y clases de modelos debido a que los costes de las baterías de iones de litio son menores. El gran cambio que estaban esperando los posibles compradores de VE ya está casi aquí: VE más baratos, con mayor autonomía y tarifas eléctricas sostenibles

  • La paridad entre los VEB y los MCI ya se ha alcanzado en algunos vehículos de gama media (por ejemplo, el Tesla Model 3 2019 a la venta desde 36 600 a 61 100 dólares estadounidenses frente al BMW 330i xDrive 2019 a la venta desde 41 245 a 61 945 dólares estadounidenses).
  • Los precios del paquete de baterías será de 94 dólares/kWh para 2024 y de 62 dólares/kWh para 2030 (Bloomberg NEF).
  • Europa requiere el equivalente a automóviles de 92 mpg para 2030.
  • En numerosos lugares, los nuevos costes de la electricidad solar son los mismos o menores que los de la electricidad generada con gas natural.
  • Próximas inversiones importantes en electrificación de infraestructuras (por ejemplo, estaciones de carga, carga integrada en carreteras y zonas de estacionamiento, etc.). Estados Unidos se está poniendo al día: dispone de 60 mil estaciones de carga para VE, mientras que China (donde los VE son obligatorios por la ley) tiene 900 mil.

 

Visto de otro modo, en 2022, las baterías bajarán a unos 100 dólares/kWh, lo que supondrá unos VEB a con precios atractivos con una autonomía superior a los 610 km.

 

Laminación 3D e impresión 3D para perfiles innovadores

En el Ford Explorer 2020 se ha empleado la tecnología de conformado ‘3D Sweep Forming’, que realiza barridos en múltiples planos y direcciones— en línea con el proceso de laminación. Las velocidades de avance están determinadas por la velocidad de avance mínima de la soldadora de inducción de la línea. En un único proceso de laminación 3D, se da forma a medida al acero martensítico en tubos seccionales estructurales con plegados tridimensionales y un perfil cerrado optimizado para el Ford Explorer 2020.

La tecnología de conformado ‘3D Sweep Forming’ de Shape Corporation puede realizar barridos tan estrechos como R 400 mm y solo requiere una zona de transición mínima de 100 mm para que la plegadora cambie los radios de barrido. El plegado se desacopla de la línea de laminación 3D para maximizar la eficacia de la laminación y para aprovechar la flexibilidad de la plegadora.

SSAB también destacó la laminación 3D en su Concepto de diseño de VE con Docol® para cajas de baterías. La laminación 3D crea la parte inferior de la caja, que soporta la carga, utilizando vigas que tienen una parte fija y otra flexible. Después, la viga se puede colocar perpendicularmente a un perfil similar —es decir, invertida y situada en una estructura de malla— sin duplicar su altura en la dirección Z, ahorrando espacio para el pasajero.

La impresión 3D (también conocida como fabricación aditiva) deslumbró a los asistentes al congreso con componentes de carrocería innovadores y muy complejos. Un ejemplo fue una mangueta de dirección, optimizada, con un peso más ligero de hasta el 58%, fabricada mediante impresión metálica. La fabricación aditiva sigue siendo —por ahora— la más adecuada para modelos de bajo volumen, donde el ahorro en los costes de troquel (250 mil dólares o más) y el peso de los componentes es superior al coste de la impresión 3D. Aunque todavía es inaceptablemente lento para la mayoría de los componentes, las tasas de aporte en impresión metálica se están acelerando a un ritmo que promete una interrupción gradual de numerosos procesos de fabricación de componentes de carrocerías.

Congreso internacional 2019 sobre chasis de automóvil

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