Grasas para vehículos eléctricos
El Dr. Wenyang Zhang, ingeniero sénior de personal en Tribología e Ingeniería de Sistemas de Aceite, dirige el equipo de lubricantes y tribología de Tesla. Con sede en Palo Alto, California, EE. UU., la sede de la empresa hasta 2021, supervisa la ingeniería de fluidos, incluido el diseño, la selección y el desarrollo de especificaciones de lubricantes. Su competencia abarca
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Tesla sigue liderando el desarrollo de vehículos eléctricos, con la producción de 1,8 millones de vehículos en 2023. El año pasado se fabricaron aproximadamente 10 millones de vehículos eléctricos de batería (BEV) en todo el mundo, lo que representa el 11% del volumen mundial de automóviles de pasajeros. El crecimiento interanual de los vehículos eléctricos fue de alrededor del 30%, en comparación con el 60% del año anterior. Aunque el ritmo se está desacelerando, la adopción de vehículos eléctricos sigue creciendo rápidamente, dice Zhang.
Zhang es un especialista certificado en lubricación de la Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE) y un especialista certificado en grasas lubricantes del Instituto Nacional de Grasas Lubricantes (NLGI). Tiene una licenciatura en Ciencias de los Materiales y un doctorado en Ingeniería Mecánica y contribuye activamente a la comunidad académica, incluso como editor asociado del ASME Journal of Tribology. Con un currículum impresionante y un conocimiento profundo del pionero de los vehículos eléctricos (VE), Zhang es un orador muy solicitado en el circuito internacional.
Pruebas avanzadas y diseño de sistemas para el desarrollo de lubricantes
En marzo, Zhang fue un orador destacado en la Semana F+L en la ciudad de Ho Chi Minh, Vietnam, donde destacó el enfoque innovador de Tesla para el desarrollo de fluidos. Este enfoque integra una filosofía de diseño de sistemas para fluidos junto con el desarrollo de hardware. Destacó la amplia capacidad de prueba interna de Tesla, que incluye más de 80 dinamómetros de tren motriz (dynos) utilizados para simular condiciones de funcionamiento del mundo real y probar cómo funcionan diferentes lubricantes bajo diversas cargas, velocidades y temperaturas. Tesla continúa expandiendo sus capacidades de prueba, con planes de aumentar la cantidad de dinamómetros a más de 100 en los próximos años.
Esta capacidad de prueba le permite a Tesla validar diseños rápidamente y tomar decisiones informadas sobre la optimización del lubricante. Zhang también destacó el desarrollo de un programa informático interno que permite al fabricante de automóviles iterar rápidamente sobre el diseño de lubricantes desde un punto de vista computacional.
En la 91.ª Reunión Anual de NLGI celebrada en La Cantera Resort & Spa en San Antonio, Texas, EE. UU., en junio de 2024, Zhang presentó “Los enfoques de vanguardia de Tesla para grasas y fluidos en vehículos eléctricos (VE)”, donde destacó que un enfoque de diseño de sistemas es igualmente crítico en el desarrollo de grasas para VE de próxima generación.
Aplicaciones clave de la grasa en las plataformas EV de Tesla
Zhang detalló las principales aplicaciones de la grasa para la plataforma y el chasis del Tesla Model S, al tiempo que destacó su impresionante aceleración de 0 a 60 en menos de dos segundos y fuerzas de aceleración que van desde 1,3 a 1,4 G, similares a los autos de carrera de Fórmula 1 de la actualidad. Hay dos aplicaciones principales de grasa en el chasis: grasa para cojinetes de ruedas, utilizada en los cubos de las ruedas, y grasa para juntas homocinéticas.
Estas dos aplicaciones de grasa, junto con el fluido de la unidad de transmisión, constituyen los principales lubricantes utilizados en los vehículos de Tesla.
Aunque el fluido de la unidad de transmisión tiene un mayor volumen que las grasas del chasis, Zhang subrayó la importancia de las grasas en los vehículos eléctricos, señalando que su volumen equivale a ~37,5% del del fluido de la unidad de transmisión. Tesla considera tanto la grasa como el fluido de la unidad de transmisión como lubricantes primarios para los vehículos eléctricos. Si bien los volúmenes de grasa pueden ser menores, siguen siendo considerables y están en el mismo rango que los fluidos de la unidad de transmisión, dice Zhang. El enfoque de Tesla en materia de lubricantes para vehículos eléctricos es el de “llenar de por vida”, salvo en algunas circunstancias especiales.
Durante su presentación, Zhang destacó que las grasas actuales son adecuadas para los vehículos eléctricos, ya que proporcionan una protección sólida del hardware y cumplen los requisitos de durabilidad. En general, no ha habido cambios significativos en el hardware para la aplicación de grasa entre vehículos eléctricos y con motor de combustión interna (ICE), afirma.
La grasa NLGI HPM proporciona una base sólida para formular grasa para cojinetes de ruedas, afirma Zhang. NLGI introdujo esta grasa de alto rendimiento en 2021, superando la especificación GC-LB vigente, considerada durante mucho tiempo como el punto de referencia en especificaciones de grasa. La grasa HPM ofrece propiedades excepcionales que incluyen alta resistencia al motor, resistencia a la corrosión, compatibilidad con un amplio rango de temperaturas, vida útil prolongada de la grasa y estabilidad estructural, afirma Zhang.
Enfatizó que el objetivo de Tesla es la mejora continua, con el objetivo de reducir aún más la fricción para mejorar el rendimiento general. La grasa para cojinetes de rueda experimenta varios regímenes de lubricación, incluida la lubricación límite y la protección contra el desgaste, y debe funcionar a diferentes velocidades y altas temperaturas, lo que puede provocar cambios en la viscosidad. El objetivo de Tesla es minimizar la fricción en todos los regímenes de lubricación del cojinete de rueda para mejorar el rendimiento.
La grasa para juntas homocinéticas se aplica al eje del buje, que abarca tanto la rótula interna como la externa, componentes cruciales del sistema de transmisión del vehículo. Zhang señaló nuevamente que la grasa HPM sirve como una base excelente, que ofrece características adecuadas. El objetivo sigue siendo minimizar la fricción, aunque la dinámica de fricción difiere de la de la grasa para cojinetes de rueda debido a los regímenes de lubricación y los cambios en la mecánica de contacto. Esto impulsa un enfoque diferente para el diseño de la grasa, dice. Zhang también destacó la importancia de proteger contra el desgaste alternativo, la protección robusta contra el desgaste por fatiga y garantizar la reducción del ruido a baja temperatura.
Desafíos e innovaciones en la tecnología de lubricantes para vehículos eléctricos
Zhang describió varios desafíos que enfrenta la industria en el avance de la tecnología de lubricantes para vehículos eléctricos, incluida la gestión de daños en los cojinetes inducidos eléctricamente (EIBD). Este tipo específico de daño en los cojinetes inducido eléctricamente surge debido a las condiciones eléctricas y operativas únicas de los motores de vehículos eléctricos. El EIBD puede ocurrir cuando la corriente fluye a través del eje del rotor, lo que requiere una conexión a tierra para evitar comprometer los cojinetes.
Se utiliza una aplicación especial de grasa conductora para conectar a tierra la corriente desde el eje del rotor hasta el chasis. El volumen de esta grasa es minúsculo, menos de 2 tambores en función de los volúmenes de producción de vehículos de 2023. Sin embargo, se trata de una grasa de alto valor, con una resistencia eléctrica extremadamente baja, dice Zhang. La grasa debe funcionar como un conductor; incluso un semiconductor no sería suficiente para esta aplicación crítica, dice.
La grasa conductora está formulada con una vida útil de grasa de alta temperatura capaz de resistir más de 1200 horas a 120 °C. También debe soportar alta tensión dieléctrica, condiciones de alta velocidad, alta compresión y entornos de cizallamiento. Por ejemplo, si el motor gira a 18.000 RPM, los diminutos cojinetes lubricados con esta grasa deben mantener la misma velocidad. Tesla pretende desarrollar modelos predictivos para el EIBD para mitigar estos desafíos durante la etapa de diseño del vehículo en lugar de resolverlos después de la producción, dice Zhang.
