Termal macunun uygulanması, elektrikli araç bataryalarının birleştirme prosesinde kritik bir adımdır ve termal yönetimde önemli bir rol oynar. Bu, bataryanın performansını ve güvenliğini sağlar. Akıllı bir uygulama çözümü malzeme, ağırlık ve maliyet tasarrufu sağlayabilir.
Elektromobilite; operasyonel güvenlik, performans, menzil, şarj süreleri ve maliyetler ile ilgili artan pazar taleplerini karşılamak için sürekli olarak gelişmelidir. Aracın kalbi olan batarya, maksimum performansını yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında sunabilir. Her batarya, şarj ve deşarj sırasında ısı üretir. Bu durum güvenlik ve uzun süreli batarya kapasitesini korumak için kontrol edilmeli ve ısı dağıtılmalıdır. Hücrelerin çalışması nedeniyle oluşan ısının yarattığı aşırı ısınmayı önlemek için batarya tepsisine termal macun uygulanır.
Termal iletken macunlar: yüksek maliyetli, yüksek ağırlıklı
Dolgu veya termal arayüz malzemeleri (TIM) olarak da bilinen özel dolgu malzemeleriyle zenginleştirilen bu yüksek viskoziteli malzeme, hücrelerin şarj edilmesi ve deşarj sırasında oluşan ısıyı uygun soğutma yapılarına dağıtarak büyük batarya gruplarının aktif termal yönetimini sağlar.
“Batarya tipi ve üreticisine bağlı olarak batarya başına 5 litreye kadar termal arayüz malzemesi uygulanır, bu da araçta 15 kg'a kadar malzeme ağırlığı sağlar. Maliyeti yüksektir ve kg başına yaklaşık 10 €'dur. Ağırlık, maliyet ve karbon ayak izini azaltmak için batarya bölmesindeki malzeme kullanımını optimize etmek çok önemlidir.”
Daniel Boes Ürün Portföyü Yöneticisi, SCA Dozajlama, Endüstriyel Montaj Çözümleri Bölümü
Termal yönetimde birleştirme prosesi
Birleştirme prosesinde, batarya tepsisi mühürlendikten ve soğutma sistemi ile bölmeleri monte edildikten sonra TIM gibi bir termal bileşen uygulanır. Hava boşluğu olmadan hassas uygulama yapmak çok önemlidir. Gelişmiş sıkma teknolojisi, mafsaldaki iletken macunun davranışını göz önünde bulundurarak muhafaza ve batarya modülü arasında optimum temas sağlar.
Sıvı malzemeyi büyük miktarlarda ve yüksek debiyle uygulamak zordur. Aşındırıcı malzemeye dayanıklı bileşenler içeren yüksek performanslı bir uygulama sistemi kritik öneme sahiptir. Modüllerin iletken macun üzerine baloncuk olmadan bastırılarak desteklenmesi için paralel çizgiler, zikzaklar veya kemik uygulaması gibi çeşitli uygulama modelleri kullanılabilir. Uygun uygulama modelini geliştirmek için kapsamlı malzeme testleri gereklidir. Küresel İnovasyon Merkezlerimizde, her bir özel durum için en uygun uygulamayı bulmak amacıyla batarya ve ekipman üreticilerini ve malzeme tedarikçilerini birleştirme uzmanlarımızla bir araya getiriyoruz.
Toleransları dikkate alın
Malzeme uygulanırken batarya bölmesi ile karşısındaki hücre modülü arasındaki uyum toleransları dikkate alınmalıdır. Bileşenlerin ilgili tolerans zincirleri 0,5 ila 3 mm'lik boşluklara neden olur.
Çok az malzeme uygulandığında, bu yetersiz dolgu ve hava boşluklarına neden olabilir. Sonuçta termal yönetimin kalitesini olumsuz yönde etkilenir.
Üreticiler genellikle maksimum toleranslarda bile boşluğun yeterli şekilde doldurulduğundan emin olmak için çok fazla malzeme uygular, bu da malzeme israfına, batarya ağırlığının ve maliyetlerin artmasına neden olur. Modüller birbirine bastırıldığında malzemenin taşması da teknik hatalara neden olabilir. Amaç, malzeme hacmini hassas bir şekilde en aza indirerek uygulamaktır.
Uyarlanmış ölçüm, hesaplama, uygulama
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.
Atlas Copco, ölçüm sisteminin termal arayüz malzemesini doğru şekilde uygulamasını sağlayan akıllı bir algoritmayla birlikte çalışan, girişte konumlanan bir endüstriyel görüntü işleme sisteminden yararlanır. Smart.Adjust optimum malzeme miktarını hesaplar ve kontrol eder.
İlk adımda, 3D sensörler batarya modülünün alt kısmını ve batarya bölmesinin yüzeyini ölçer. Tarama verileri yazılımda birleştirilir. Bu, toleransların ve sütun hacminin hassas bir şekilde hesaplanmasını sağlar. Akıllı algoritma, tarama verilerinden gerekli malzeme hacmini belirler ve bilgileri doğrudan uygulama sisteminin hat kontrolüne gönderir. Burada da parametreler her bir uygulama için uygun şekilde ayarlanır ve optimum malzeme hacmi uygulanır. Hacmin hassas bir şekilde ayarlanması doğrudan ölçüm sistemi aracılığıyla gerçekleştirilir.
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.
Ölçülebilir maliyet ve ağırlık tasarrufu
Smart.Adjust termal yönetimin kalitesini ve güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.
Boşluk optimum miktarda ısı ileten malzemeyle doldurulduğunda yeterli termal yönetim sağlanır, teknik arızalar önlenir, malzeme israfı azaltılır ve batarya tam güçte çalıştırılabilir. "İlk seferde doğru" çalışma ilkesine göre tamir de önlenebilir.
Kapsamlı testler Smart.Adjust sisteminin malzemeye bağlı olarak batarya başına iki kilograma kadar saf malzeme ağırlığı tasarrufu sağlayabileceğini göstermiştir. Bataryada uygulanan toplam malzeme miktarına bakıldığında malzeme maliyetlerinin %20'sine kadar tasarruf edilebilir. Bu, yalnızca uygulama prosesiyle ilişkili CO2 emisyonlarını azaltmakla kalmaz aynı zamanda daha az ağırlık ve daha uzun menzil anlamına da gelir.
Malzeme tedarikindeki zorluklar
Termal yönetimi iyileştirmek için uygulamaya ek olarak malzeme tedarikine de dikkat edilmelidir. Termal yönetim malzemelerinin benzersiz özellikleri nedeniyle zorluklar ortaya çıkar. Yüksek yoğunluk nedeniyle genellikle tamburlar yalnızca yarısına kadar dolu kalır ve tamburun sık sık değiştirilmesi gerekir. Her değişiklikten sonra manuel havalandırma ve tahliye gereklidir, bu da pompa atığı olarak 1,5 ila 6 litre malzeme kaybına neden olur. Buna ek olarak, geleneksel pompalar bir tamburu tamamen boşaltmakta zorlanır ve 200 litrelik bir varilde 6 litreye kadar malzeme kalır.
Bu karmaşık proseste zaman harcanır, pahalı termal macunlar israf edilir ve malzeme kalıntılarının bertaraf edilmesi yüksek maliyetler oluşturur. Manuel işlemler nedeniyle dozajlama prosesi boyunca tutarlı kaliteyi sağlamak da zordur.
The SCA ENSO Plus.Supply offers three different base plate versions for optimal logistic and easy handling of barrel change.
Vakum teknolojisi malzeme tasarrufu sağlar
Atlas Copco, bu zorlukları ele almak için Plus.Supply adlı yeni bir malzeme pompası nesli geliştirdi. Yarı otomatik varil değişimi, yeni tasarımıyla Düz Takip Plakası ve vakum teknolojisi ile SCA ENSO Plus.Supply varil başına %99,4 malzeme kullanımıyla "karbon ayak izi kahramanımızdır". Bir vakum pompası, Düz Takip Plakası ile malzeme arasında sıkışan havayı otomatik olarak dışarı pompalar ve yarı otomatik bir varil değişimi sağlar. Havalandırma ve durulama gibi manuel işlemler ortadan kaldırılır. Bu, varil değiştirmedeki karmaşıklık seviyesini ve eğitim ihtiyacını azaltır, malzeme içinde uygulama hatalarına yol açabilecek hava cepleri oluşmasını önler, ayrıca operatör güvenliğini artırır. Plus.Supply için üç farklı taban plakası sunarak neredeyse her üreticinin lojistik ihtiyaçlarını karşılıyoruz.
*per system per year. Our Plus.Supply with vacuum pump and Flat Follower Plate can increase the material efficiency up to 99,4 %
Çözümümüz hakkında daha fazla bilgi için videoyu izleyin
Sonuç: Batarya üretiminde daha fazla sürdürülebilirlik için malzemelerin verimli kullanımı.
Bileşen toleranslarını dikkate alan ve malzemeyi optimum şekilde uygulayan yenilikçi bir uygulama sistemi ile ölçülebilir faydalar elde edilir. Termal yönetimde malzeme tedarikinin rolüne genellikle gereğinden az önem verilir. Yenilikçi malzeme tedariki konseptleri, varil değişimleri sırasında malzeme tasarrufu ve proses iyileştirmeleri için mükemmel bir avantaj sağlar ve EV batarya montajı prosesinde CO2 emisyonlarının önemli ölçüde azaltılmasına yardımcı olur.
Önemli yararlı bilgiler
- Termal yönetim, modern elektrikli araç bataryalarının performansını ve güvenliğini sağlayarak menzili artırır
- EV batarya üreticileri için malzeme, ağırlık ve maliyetler açısından potansiyel tasarruflar çok büyüktür
- Optimum malzeme uygulamasıyla ölçülebilir faydalar elde edilir
