Řízení teploty hraje klíčovou roli u vysokonapěťových akumulátorů elektrických vozidel. Články akumulátoru mohou dosahovat maximálního výkonu pouze při určitém rozmezí teplot a nesmí se přehřívat. Pro efektivní přenos tepla způsobeného provozem článků akumulátoru do okolí se na desku akumulátoru aplikuje tepelná směs. Získejte více informací o tomto kritickém kroku při procesu spojování.
Směsi pro přenos tepla podporují aktivní řízení teploty u velkých akumulátorových zdrojů používaných v elektrických vozidlech. Přenášejí teplo způsobené nabíjením a vybíjením článků na příslušné chladicí struktury. Akumulátor tak může pracovat v optimálním teplotním rozsahu a nepřehřívá se. To je důležité pro splnění požadavků trhu nově se objevujících moderních elektrických vozidel, pokud jde o bezpečnost, výkon, dojezdovou vzdálenost a krátkou dobu nabíjení. Během procesu spojování při výrobě akumulátorů je na desku akumulátoru aplikován materiál obsahující tepelně vodivé plniče s vysokou přesností, aby se pod něj nedostal vzduch. Jednotky článků se poté instalují na kapalný materiál. Utahovací systémy společnosti Atlas Copco mohou brát v úvahu chování viskózních směsí pro přenos tepla na spoji, zamáčknout součásti do rovnoměrné vrstvy a zajistit optimální kontakt mezi skříní a modulem akumulátoru.
Definování optimálního vzoru aplikace
Aby byla zajištěna tepelná vodivost směsi, je velmi důležitá přesná aplikace bez vzduchových vměstků. To je problém, protože směs se často používá ve velkých množstvích s vysokým průtokem. V závislosti na procesu spojování, vlastnostech materiálu a tvaru součástí jsou k dispozici různé aplikační vzory, které zajišťují spojení modulů se směsí bez vzduchových vměstků. Mezi tyto vzory patří rovnoběžné čáry, klikatice nebo vzor kosti.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Za normálních okolností je k definování optimálního vzoru aplikace vždy nutné komplexní testování. V našem inovačním středisku ve městě Bretten mohou výrobci akumulátorů, výrobci zařízení a dodavatelé materiálů diskutovat s našimi odborníky na spojování.
“Společně navrhujeme správný proces výroby na testovacích článcích a upravujeme materiál, měřicí zařízení a proces podle konkrétních požadavků projektu,”
Udo Mössner Odborník na spojování akumulátorů ve společnosti Atlas Copco IAS
Ve spolupráci s uznávaným výzkumným ústavem pracuje společnost Atlas Copco také na nových simulacích, které mají stanovit nejlepší možný aplikační vzorec na základě vlastností materiálu a tlakových sil. Jedná se o metodu, která může v budoucnu ušetřit čas a peníze.
Sledování kvality aplikace vyplňování mezer ve výrobě
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Šířku, polohu a spojitost housenky lze nepřetržitě sledovat pomocí systému kamerových senzorů integrovaného v měřicí hlavě. Chyby aplikace, jako jsou mezery v housence lepidla, jsou okamžitě zjištěny a je možné je opravit. Moderní systémy od společnosti Atlas Copco nabízejí funkci korekce housenek pro automatické odstranění mezer ve směsi. Tím se zkracuje doba cyklu a snižují se náklady na opravy a zajištění kvality.
Kompenzace tolerancí: jen tolik, kolik je nezbytně nutné
Ekonomické využití směsí pro přenos tepla je účinné nejen z tepelného hlediska, ale také šetří náklady. Při dávkování materiálu je však nezbytné brát v úvahu tolerance mezer mezi přihrádkou pro akumulátory a modulem článku. Tolerance rozměrů různých dílů mají za následek vznik mezery o velikosti 0,5 až 3 mm. Ve výrobním procesu výrobci často používají příliš mnoho materiálu, aby zajistili, že je mezera dostatečně vyplněna i v případě dosažení maximální tolerance. Mnozí výrobci, dodavatelé staveb a specialisté na měření proto intenzivně pracují na zajištění aplikace přesně požadovaného množství materiálu. Odborníci společnosti Atlas Copco vyvíjejí řešení pro měření pouzder a článků akumulátorů a přesné stanovení tolerancí mezer mezi jednotlivými kombinacemi součástek pomocí 3D skeneru. Tímto způsobem lze vypočítat množství materiálu potřebné pro přesné vyplnění mezery. Objem je pak přesně řízen měřicím systémem a nikoli pomocí rychlosti robota, jak tomu bylo dříve. „Nastavení objemu pomocí řídicí jednotky je mnohem přesnější. Také to, že už nemusíte pracovat na programu robota, je pro vás velkým přínosem. Ve srovnání s konvenčními řešeními dosahujeme až 50% úspor materiálů,“ říká 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.
Vstřikování: Nejprve upevněte moduly a poté vyplňte mezeru
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.
Někteří výrobci se rozhodli nezatlačit moduly akumulátoru do směsi pro přenos tepla, ale vstříknout tuto směs do mezery. Mezera je vyplněná zezadu směrem dopředu. Tento přístup také může ušetřit materiál. Hlavní výhodou je, že na citlivé články akumulátoru nepůsobí žádná síla a riziko kontaminace vzduchem nebo nerovnoměrného utažení měkkého materiálu je minimalizováno. Nevýhodou je, že není možná vizuální kontrola spoje. Mössner dodal:„Provedli jsme některé testy se vstřikováním směsi pro přenos tepla v našem Inovačním centru.
Proveditelnost tohoto přístupu do značné míry závisí na zákazníkově procesu a jednotlivém materiálu. Je nutné použít směs s nízkou viskozitou. Pokud je mezera příliš malá, může být nutné použít pro vstřikování vyšší tlak, což může také způsobit poškození článků.“
Zvláštní vybavení pro ochranu proti otěru
Všechny směsi pro přenos tepla mají vysokou koncentraci plnidla, aby byl zajištěn přenos tepla. Tato plnidla se obvykle skládají z oxidu hlinitého nebo hydroxidu hlinitého, což jsou abrazivní látky, které mohou způsobit rychlé opotřebení vnitřních povrchů součástí. Tam, kde se očekávají obzvláště vysoké průtoky, například u sedel ventilů, lze použít karbidové součásti. Navíc by měl být průměr dílů co největší, aby se snížila rychlost průtoku. Tento přístup umožňuje minimalizovat opotřebení. Pro spolehlivou a produktivní manipulaci se směsí pro přenos tepla je třeba robustní, speciálně navržené čerpadlo a měřicí součásti. Produktová řada SCA nabízí speciální součásti s maximální trvanlivostí.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
