열전도 페이스트를 도포하는 것은 전기 자동차 배터리 접합 공정의 중요한 단계이며 열 관리에 중요한 역할을 합니다. 이는 배터리의 성능과 안전을 보장합니다. 지능형 도포 솔루션은 재료, 무게, 비용도 절감할 수 있습니다.
전기차는 운행 안전, 성능, 주행 거리, 충전 시간 및 비용과 관련하여 증가하는 시장 수요를 충족하기 위해 끊임없이 진화해야 합니다. 차량의 심장인 배터리는 특정 온도 범위 내에서만 최대 성능을 발휘할 수 있습니다. 모든 배터리는 충전 및 방전 중에 열을 발생시키며, 안전을 위해 그리고 장기간 배터리 용량을 유지하기 위해 열을 제어하고 방출해야 합니다. 배터리 트레이에는 셀 작동 시 발생하는 열로 인한 과열을 방지하기 위해 열 페이스트가 도포됩니다.
열전도 페이스트: 높은 비용, 고중량
갭필러 또는 써멀 인터페이스 재료(TIM) 라고 알려진 특수 필러가 풍부한 이 고점도 소재는 셀의 충전 및 방전 중 생성되는 열을 냉각 장치로 방출하여 대형 배터리 팩의 능동적인 열 관리를 가능하게 합니다.
“배터리 유형 및 제조업체에 따라 배터리당 최대 5리터의 열 인터페이스 재료가 도포되며, 그 결과 차량의 재료 무게는 최대 15kg에 달합니다. 비용은 kg당 약 10유로로 높은 편입니다. 배터리 실의 소재 사용을 최적화하는 것은 무게, 비용 및 탄소 배출량 감소를 위해 매우 중요합니다.”
Daniel Boes 제품 포트폴리오 매니저, SCA 디스펜싱, 산업용 조립 솔루션 사업부
열 관리의 접합 공정
접합 공정에서는 배터리 트레이를 밀봉하고 냉각 시스템과 구획을 조립한 후 TIM과 같은 열 화합물을 도포합니다. 에어 포켓 없이 정밀하게 도포하는 것이 필수적입니다. 첨단 체결 기술은 접합부에서 전도성 페이스트의 거동을 고려하여 하우징과 배터리 모듈 간의 최적의 접촉을 보장합니다.
대량의 액체 재료를 높은 유량으로 도포하는 것은 어려운 작업입니다. 연마재를 견딜 수 있는 부품을 갖춘 고성능 도포 시스템이 중요합니다. 평행선, 사행선 또는 소위 뼈 도포와 같은 다양한 도포 패턴을 사용하여 전도성 페이스트를 모듈에 기포 없이 압착할 수 있습니다. 적절한 도포 패턴을 개발하려면 광범위한 재료 테스트가 필요합니다. 당사의 글로벌 혁신 센터에서는 배터리 및 장비 제조업체, 재료 공급업체와 함께 각 사례에 맞는 최적의 애플리케이션을 찾기 위해 전문가들과 협력하고 있습니다.
공차 고려
재료를 도포할 때는 배터리 실과 셀 모듈 사이의 장착 공차를 고려해야 합니다. 구성 요소의 각 공차 체인으로 인해 0.5 ~ 3mm의 간극이 발생합니다.
재료를 너무 적게 도포하면 충진이 부족하고 에어 포켓이 발생하여 열 관리 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
일반적으로 제조업체는 공차가 최대 허용 오차에서도 충분히 채워질 수 있도록 너무 많은 재료를 사용하여 자재 낭비, 배터리 중량 증가 및 비용 증가를 초래하는 경우가 많습니다. 모듈을 함께 조일 때 재료가 압착되면 기술적 결함이 발생할 수도 있습니다. 목표는 재료의 부피를 최소화하면서 정확하게 도포하는 것입니다.
측정, 계산, 적응형 도포
Atlas Copco has developed a special solution for optimized application of the thermal paste. Here, 3D sensors measure the underside of the battery module (left) as well as the surface of the battery compartment (right). By matching the scan data, the gap tolerances can be calculated precisely.
아트라스콥코는 업스트림 산업용 이미지 처리 시스템과 지능형 알고리즘을 결합하여 계량 시스템이 열 인터페이스 재료를 정확하게 도포할 수 있도록 합니다. Smart.Adjust는 최적의 재료량을 계산하고 제어합니다.
첫 번째 단계에서는 3D 센서가 배터리 모듈의 밑면과 배터리 실의 표면을 측정합니다. 스캔 데이터는 소프트웨어에 병합됩니다. 이를 통해 컬럼의 공차와 부피를 정확하게 계산할 수 있습니다. 지능형 알고리즘이 스캔 데이터에서 필요한 재료 부피를 결정하고 이 정보를 애플리케이션 시스템의 라인 제어로 직접 전송하면 각 개별 응용 분야에 맞게 매개변수를 조정하여 최적의 재료량이 도포됩니다. 정확한 용량 조정은 계량 시스템을 통해 직접 수행됩니다.
The intelligent algorithm determines the required material volume from the scan data and sends the information directly to the line control of the application system, which applies the material in an optimized manner. In this test setup, the gap tolerances were simulated by recesses in the battery base for clarity.
측정 가능한 비용 및 무게 절감
Smart.Adjust는 열 관리의 품질과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
간극이 최적량의 열 전도 물질로 채워지면 충분한 열 관리가 보장되고, 기술적 결함이 방지되며, 재료 폐기물이 감소하고, 배터리를 최대 전원으로 작동할 수 있습니다. "처음부터 제대로 된" 원리를 사용하므로 재작업도 피할 수 있습니다.
광범위한 테스트 결과, Smart.Adjust는 재료에 따라 배터리당 최대 2킬로그램의 순수 재료 중량을 절약할 수 있는 것으로 나타났습니다. 배터리에 도포되는 총 재료의 양을 고려하면 최대 20%의 재료 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 도포 과정과 관련된 CO2 배출량을 줄일 뿐만 아니라 무게가 줄면 주행 거리도 늘어납니다.
재료 공급의 과제
열 관리를 개선하려면 도포 외에 재료 공급에도 주의를 기울여야 합니다. 열 관리 재료의 고유한 특성으로 인해 문제가 발생합니다. 밀도가 높기 때문에 드럼이 절반만 채워지는 경우가 많아 드럼을 자주 교체해야 합니다. 교체할 때마다 수동으로 환기 및 퍼징을 해야 하므로 1.5리터에서 6리터의 재료가 펌프 폐기물로 손실됩니다. 또한 기존 펌프는 드럼을 완전히 비우는 데 어려움을 겪어 200리터 배럴에 최대 6리터의 재료가 남게 됩니다.
이 복잡한 공정은 시간을 소모하고 값비싼 열전도 페이스트를 낭비하며 많은 비용이 드는 재료 잔류물을 처리해야 합니다. 수동 작업으로 인해 디스펜싱 공정 전체에서 일관된 품질을 보장하는 것도 어렵습니다.
The SCA ENSO Plus.Supply offers three different base plate versions for optimal logistic and easy handling of barrel change.
진공 기술을 통해 재료 절감
이러한 과제를 해결하기 위해 아트라스콥코는 Plus.Supply라는 새로운 재료 펌프 세대를 고안했습니다. 반자동 배럴 교체, 새롭게 설계된 플랫 팔로어 플레이트, 진공 기술을 갖춘 SCA ENSO Plus.Supply는 배럴당 재료 사용량을 99,4% 절감하는 "탄소 배출량 히어로"입니다. 진공 펌프가 플랫 팔로어 플레이트와 재료 사이에 갇힌 공기를 자동으로 펌핑하여 반자동 배럴 교환이 가능합니다. 배기 및 헹굼과 같은 수동 공정이 필요하지 않습니다. 따라서 배럴 교환의 복잡성이 줄어들고 필요한 교육이 줄어들어 재료에 에어 포켓이 생겨 도포 오류가 발생하는 것을 방지하고 작업자의 안전성을 높일 수 있습니다. Plus.Supply를 위한 세 가지 베이스 플레이트를 제공하여 거의 모든 제조업체의 물류 요구 사항을 충족합니다.
*per system per year. Our Plus.Supply with vacuum pump and Flat Follower Plate can increase the material efficiency up to 99,4 %
동영상을 통해 아트라스콥코의 솔루션에 대해 자세히 알아보세요
결론: 배터리 생산의 지속 가능성을 높이기 위한 지렛대로서 재료를 효율적으로 사용합니다.
부품 공차를 고려하고 재료를 최적으로 적용할 수 있는 혁신적인 도포 시스템을 통해 측정 가능한 이점을 얻을 수 있습니다. 열 관리에서 재료 공급의 역할은 종종 과소평가됩니다. 혁신적인 재료 공급 개념은 배럴 교체 시 재료 절감 및 공정 개선에 큰 도움이 되며, 전기차 배터리 조립 공정에서 CO2 배출량을 크게 줄이는 데도 도움이 됩니다.
요점
- 열 관리를 통해 최신 전기차 배터리의 성능과 안전도 범위를 늘릴 수 있음
- EV 배터리 제조업체는 재료, 중량 및 비용과 관련하여 엄청난 절감 효과를 거둘 수 있음
- 최적의 재료 적용을 통해 측정 가능한 이점을 얻을 수 있음
