Intelligent termisk styring i prosessen for sammenføyning av batterier for elektriske kjøretøy

Elektromobilitet må hele tiden utvikle seg for å oppfylle økende markedskrav relatert til driftssikkerhet, ytelse, rekkevidde, ladetider og kostnader. Batteriet er selve hjertet i kjøretøyet, og kan bare levere maksimal ytelse innenfor et bestemt temperaturområde. Hvert batteri genererer varme under lading og utladning, som må styres og løses for å ivareta sikkerheten og opprettholde langsiktig batterikapasitet. Termisk pasta brukes i batterikassen for å hindre overoppheting fra varmen som genereres av cellene under drift.

Dette svært tyktflytende materialet beriket med spesielle fyllstoffer, også kjent som tetningsmidler eller termiske grensesnittmaterialer (TIM), muliggjør aktiv termisk styring av store batteripakker ved å spre varmen som genereres under lading og utladning av cellene i egnede kjølestrukturer.

I sammenføyningsprosessen påføres en termisk forbindelse som TIM etter tetting av batterikassen og montering av kjølesystemet og rommene. Nøyaktig påføring uten luftlommer er viktig. Avansert tiltrekkingsteknologi sikrer optimal kontakt mellom huset og batterimodulen ved å vurdere atferden til det varmeledende tetningsmiddelet ved skjøten.

Det er utfordrende å påføre flytende materiale i store mengder og med høy strømning. Et høytytende påføringssystem er kritisk, med komponenter som tåler slipende materiale. Ulike påføringsmønstre, for eksempel parallelle linjer, buktninger eller såkalt benformet påføring, kan brukes til å fremme den boblefrie pressingen av modulene på det varmeledende tetningsmiddelet. Det trengs omfattende materialtesterfor å utvikle riktig bruksmønster. På de globale innovasjonssentrene våre bringer vi batteriprodusenter, utstyrsprodusenter og materialleverandører sammen med våre sammenføyningseksperter for å finne den optimale påføringen for hvert enkelt tilfelle.

Ved påføring av materialet må det tas hensyn til toleranse ved tilpasning mellom batterirommet og cellemodulen som motstykke. De respektive toleransekjedene til komponentene gir hull på 0,5 til 3 mm.
Hvis det brukes for lite materiale, kan dette føre til utilstrekkelig fylling og luftlommer, noe som påvirker kvaliteten på termisk styring negativt.
Produsenter bruker vanligvis for mye materiale for å sikre at mellomrommet blir fylt tilstrekkelig, selv om de maksimale toleransegrensene er nådd, noe som fører til bortkastet materiale, økt batterivekt og økte kostnader. Materiale som tyter ut når modulene strammes sammen kan også føre til tekniske feil. Målet er å påføre mengden materiale på en nøyaktig minimert måte.

Atlas Copco anvender et oppstrøms industrielt bildebehandlingssystem kombinert med en intelligent algoritme, som gjør det mulig for målesystemet å bruke det termiske grensesnittmaterialet nøyaktig. Smart.Adjust beregner og styrer den optimale mengden materiale.
I det første trinnet måler 3D-sensorer undersiden av batterimodulen og overflaten på batterirommet. Dataene fra skanningen slås sammen i programvaren. Dette gjør det mulig å beregne toleransene og volumet av kolonnen nøyaktig. Den intelligente algoritmen bruker dataene fra skanningen til å bestemme det nødvendige materialvolumet, og sender informasjonen direkte til linjekontrollen for påføringssystemet, som justerer parametrene tilsvarende for hver enkelt påføring sikrer at den optimale mengden materiale påføres. Den nøyaktige justeringen av mengden utføres direkte via målesystemet.

For å forbedre termisk styring, bør det tas hensyn til materialforsyning i tillegg til påføring. Utfordringer oppstår på grunn av de unike egenskapene til materialer for termisk styring. Den høye tettheten etterlater ofte tromlene bare halvfulle, noe som fører til at tromlene må byttes ofte. Det kreves manuell lufting og rensing etter hver gang man bytter, noe som fører til tap av 1,5 til 6 liter materiale som pumpesvinn. I tillegg sliter konvensjonelle pumper med å tømme en trommel, og etterlater opptil 6 liter materiale i et fat på 200 liter.
Denne komplekse prosessen bruker tid, sløser dyrt termisk tetningsmiddel og krever kostbar avhending av materialrester. Å sikre konsekvent kvalitet gjennom hele dispenseringsprosessen er også utfordrende på grunn av manuelle operasjoner.

For å løse disse utfordringene oppfant Atlas Copco en ny generasjon materialpumper kalt Plus.Supply. Halvautomatisert bytting av fat, nydesignet flat følgerplate og vakuumteknologi gjør SCA ENSO Plus.Supply til vår egen «karbonfotavtrykk-helt», med 99,4 % materialforbruk per fat. En vakuumpumpe pumper automatisk ut luften som er fanget mellom den flate følgerplaten og materialet for delvis automatisert bytting av fat. Manuelle prosesser som utlufting og skylling elimineres. Dette reduserer kompleksiteten ved skifting av fat, og mengden opplæring som kreves, forhindrer luftlommer i materialet som kan føre til påføringsfeil og øker operatørens sikkerhet. Vi tilbyr tre forskjellige bunnplater for Plus.Supply, og dekker nesten alle produsenters logistikkbehov.

Målbare fordeler oppnås gjennom et innovativt påføringssystem som kan ta hensyn til komponenttoleranser og påføre materialet optimalt. Materialforsyning spiller en ofte undervurdert rolle innen termisk styring. Innovative materiellforsyningskonsepter gir stor utnyttelse av materialbesparelser og prosessforbedringer under bytting av fat, og bidrar også til å redusere CO2-utslippene ved montering av elbilbatterier.