Temperaturstyring spiller en nøkkelrolle for høyspenningsbatteriene i elektriske kjøretøy. Battericellene kan bare gi maksimal ytelse innenfor et bestemt temperaturområde og må ikke overopphetes. For å effektivt overføre varmen som forårsakes av celledrift til omgivelsene, påføres en termisk masse på batterikassen. Lær mer om dette kritiske trinnet i sammenføyningsprosessen.
Varmeoverføringsforbindelser gir støtte for aktiv termisk styring av store batteripakker som brukes i elektriske kjøretøy. De overfører varmen som forårsakes av lading og utlading av cellene, til passende kjølestrukturer. På denne måten kan batteriet brukes i optimalt temperaturområde og ikke overopphetes. Dette er viktig for å møte kravene i markedet som stilles overfor moderne elektriske biler når det gjelder sikkerhet, ytelse, rekkevidde og kort ladetid. Under skjøteprosessen i batteriproduksjon påføres et materiale som inneholder termisk ledende fyllere, på batterikassen med høy presisjon, slik at du unngår luftinnblanding. Celleenhetene monteres deretter på det flytende materialet. Atlas Copcos strammesystemer kan ta hensyn til virkemåten til viskøse varmeoverføringsforbindelser på leddet, presse komponentene på plass i et jevnt lag og sikre optimal kontakt mellom huset og batterimodulen.
Definere det optimale påføringsmønsteret
For å sikre forbindelsens varmeledningsevne er presis påføring uten luftinneslutninger avgjørende. Dette er en utfordring fordi forbindelsen ofte brukes i store mengder med høy strømningshastighet. Avhengig av sammenføyningsprosessen, materialegenskapene og formen på delene finnes det forskjellige påføringsmønstre for å sikre at modulene er bundet til forbindelsen uten luftinneslutninger. Disse mønstrene omfatter parallelle linjer, buktning eller et benformet påføringsmønster.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Omfattende testing er vanligvis nødvendig for å definere det optimale påføringsmønsteret i hvert enkelt tilfelle. På vårt innovasjonssenter i Bretten bringer vi batteriprodusenter, utstyrsprodusenter og materialleverandører sammen med våre sammenføyningseksperter.
“Sammen utvikler vi den riktige prosessen i testcellene og tilpasser materialet, måleutstyret og prosessen til de spesifikke kravene i prosjektet”
Udo Mössner Ekspert på sammenføyning av batterier hos Atlas Copco IAS
I samarbeid med et anerkjent forskningsinstitutt jobber Atlas Copco også med nye simuleringer for å fastslå best mulig påføringsmønster på grunnlag av materialegenskaper og trykkrefter. Dette er en metode som kan spare tid og penger i fremtiden.
Overvåkning av kvaliteten for påføring av fyllmasse på produksjonslinjen
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Bredden, posisjonen og kontinuiteten til vulsten kan overvåkes kontinuerlig av et kamerasensorsystem som er integrert i doseringshodet. Påføringsfeil, for eksempel hull i limvulsten, oppdages umiddelbart og kan deretter korrigeres. Moderne systemer fra Atlas Copco tilbyr en funksjon for korrigering og automatisk reparasjon av hull i massen. Dette holder syklustiden kort og reduserer utgifter til omarbeiding og kvalitetssikring.
Kompensere for toleranser: Så mye som nødvendig, så lite som mulig
Den økonomiske bruken av varmeoverføringsmasse er ikke bare termisk effektiv, men også kostnadsbesparende. Når materialet skal doseres, er det imidlertid viktig å ta hensyn til toleranseverdiene i tilpasningen mellom batteribrettet og cellemodulen. Toleransene på de forskjellige delene fører til mellomrom mellom 0,5 og så mye som 3 mm. I produksjonsprosessen har produsenter ofte for mye materiale for å sikre at mellomrommet blir fylt tilstrekkelig, selv om de maksimale toleransegrensene er nådd. Mange produsenter, anleggskontraktører og spesialister på måling arbeider derfor intensivt for å sikre at den nødvendige mengden materialer brukes nøyaktig. Ekspertene hos Atlas Copco utvikler en løsning for måling av hus og celler og nøyaktig bestemmelse av toleransene på gapet mellom hver komponentkombinasjon ved hjelp av en 3D-skanner. På denne måten kan mengden materiale som kreves for å fylle gapet beregnes nøyaktig. Volumet kontrolleres deretter nøyaktig av doseringssystemet og bruker ikke robothastigheten, slik som tidligere var tilfellet. «Volumjustering ved bruk av styreenheten er mye mer nøyaktig. Når det gjelder prosessen, er det en stor fordel hvis du ikke lenger trenger å arbeide med robotprogrammet. Dette gir en materialbesparelse på opptil 50 prosent sammenlignet med vanlige løsninger», sier Mössner.
Battery tray scan: The gap to be filled can be calculated on the basis of measurements of the battery compartment and the battery modules. This allows precise metering of the heat transfer compound.
Injeksjon: Fest først modulene, og fyll deretter sprekken
Module tightening: The module is pressed evenly onto the heat transfer compound and screwed into place using special Atlas Copco nutrunners — the result is a clean contact surface without air inclusions.
Noen produsenter har besluttet å ikke presse batterimodulene inn i varmeoverføringsforbindelsen, men å injisere forbindelsen inn i mellomrommet. Mellomrommet fylles bakfra og forover. Denne tilnærmingen kan også spare materiale. Den største fordelen er at ingen kraft påføres de følsomme battericellene, og risikoen for luftinneslutninger eller ujevn tiltrekning av det myke materialet minimeres. Ulempen er at visuell inspeksjon av skjøten ikke er mulig. Mössner sier også følgende: «Vi har allerede gjennomført noen tester med injeksjon av varmeoverføringsforbindelse på vårt innovasjonssenter.
Muligheten for å bruke denne tilnærmingen avhenger i stor grad av kundens prosess og det enkelte materialet. Det må brukes en lavviskositetsforbindelse. Hvis mellomrommet er for lite, kan det være nødvendig å bruke et høyere trykk for injeksjon, noe som også kan skade cellene.»
Spesialutstyr for beskyttelse mot slitasje
Alle varmeoverføringsmasser har en høy fyllerkonsentrasjon for å sikre varmeoverføring. Disse fyllstoffene består vanligvis av aluminiumoksid eller aluminiumhydroksid, slipende stoffer som kan forårsake rask slitasje på de indre flatene til anleggskomponenter. Der det forventes spesielt høye strømningsrater, for eksempel ved ventilseter, kan det brukes karbidkomponenter. I tillegg skal diameteren på delene være så stor som mulig for å redusere flythastigheten. Denne fremgangsmåten gjør at slitasjen reduseres til et minimum. For pålitelig, produktiv håndtering av varmeoverføringsmasser er det nødvendig med robuste, spesialkonstruerte pumpe- og målekomponenter. SCA-produktserien tilbyr spesielle komponenter med maksimal holdbarhet.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
