Temperaturstyring spiller en vigtig rolle for højspændingsbatterierne i elbiler. Battericeller kan kun levere maksimal ydeevne inden for et bestemt temperaturinterval og må under ingen omstændigheder overophede. Effektiv overførsel af varmen forårsaget af cellens drift til omgivelserne opnås ved at påføre en varmeledende fugemasse på batteribakken. Få mere at vide om dette afgørende trin i sammenføjningsprocessen.
Varmeledende materialer spiller en vigtig rolle i forbindelse med aktiv temperaturstyring i store batteripakker, som benyttes i elbiler. De overfører varmen, som dannes ved ladning og afladning af cellerne, til egnede kølestrukturer. Det betyder, at batteriet kan arbejde i dets optimale temperaturinterval uden at overophede. Dette er af stor betydning for at imødekomme markedskrav til elbiler vedr. sikkerhed, ydeevne, rækkevidde og korte ladetider. Under sammenføjningsprocessen i batteriproduktionen, påføres et materiale, som indeholder varmeledende stoffer, på batteribakken med stor præcision, så luftindeslutninger undgås. Celleenhederne monteres derefter på det flydende materiale. Atlas Copcos fastspændingssystemer kan tage højde for viskose varmeoverførselsmaterialers indvirkning på samlingen, trykke materialerne på plads i et ensartet lag og sikre optimal kontakt mellem kabinettet og batterimodulet.
Fastlæggelse af det optimale påføringsmønster
For at sikre massens termiske ledningsevne er præcis påføring uden luftindeslutninger vigtig. Dette er en udfordring, da massen ofte påføres i store mængder ved en høj flowhastighed. Afhængigt af sammenføjningsprocessen, materialeegenskaberne og delenes form findes der forskellige påføringsmønstre for at sikre, at modulerne vedhæftes massen uden luftindeslutninger. Disse mønstre omfatter parallelle linjer, snoninger eller et knogleformet påføringsmønster.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Omfattende test er normalt påkrævet for at definere det optimale påføringsmønster i hvert enkelt tilfælde. I vores innovationscenter i Bretten præsenterer vi batteriproducenter, udstyrsproducenter og materialeleverandører for vores sammenføjningseksperter.
“Sammen udvikler vi den rigtige proces i testcellerne og justerer materialet, målingsudstyret og processen ud fra projektets specifikke krav”
Udo Mössner Ekspert i batterisammenføjning hos Atlas Copco IAS
I samarbejde med et anerkendt forskningsinstitut arbejder Atlas Copco desuden på nye simuleringer for at bestemme det bedst mulige påføringsmønster ud fra materialeegenskaber og pressekraft. Dette er en metode, der kan spare tid og penge i fremtiden.
Linjekvalitetsovervågning af påføring af fugemassen
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Stribens bredde, position og kontinuitet kan overvåges kontinuerligt af et kamerasensorsystem, der er integreret i doseringshovedet. Påføringsfejl som f.eks. huller i klæbemiddelstriben registreres omgående og kan derefter korrigeres. Moderne systemer fra Atlas Copco muliggør en stribekorrektionsfunktion til automatisk udbedring af huller i massen. På den måde holdes cyklustiden kort, og omkostninger til udbedring og kvalitetssikring reduceres.
Tolerancekompensering: Så meget som nødvendigt, så lidt som muligt
Økonomisk brug af varmeoverførselsmasser er ikke bare temperatureffektivt, men reducerer også omkostningerne. Det er under dosering af materialet imidlertid afgørende at tage højde for tolerancer i pasformen mellem batteribakken og cellemodulet. Tolerancerne på de forskellige dele resulterer i hulrum på 0,5 og helt op til 3 mm. I produktionsprocessen påfører producenter ofte for meget materiale for at sikre, at hulrummet er udfyldt tilstrækkeligt, selv hvis de maksimale tolerancer nås. Mange producenter, entreprenører inden for anlægsbyggeri og doseringsspecialister arbejder derfor ihærdigt på at sikre, at præcis den nødvendige mængde materiale påføres. Eksperterne ved Atlas Copco udvikler en løsning til opmåling af kabinettet og cellerne og præcis fastlæggelse af tolerancerne i hulrummet mellem de individuelle komponentkombinationer ved hjælp af en 3D-scanner. Det betyder, at mængden af materiale, der er nødvendig for at fylde hulrummet præcist, kan beregnes. Voluminet styres derefter præcist af doseringssystemet og ikke blot ud fra robottens hastighed, som det var tilfældet tidligere. "Volumentilpasning ved hjælp af controlleren er meget mere præcis. Med hensyn til selve processen er det en stor bonus, at det ikke længere er nødvendigt at arbejde på robotprogrammet. Dette muliggør materialebesparelser på op til 50 procent i forhold til konventionelle løsninger," udtaler 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.
Indsprøjtning: Fastgør først modulerne, udfyld derefter hulrummet
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.
Nogle producenter har besluttet ikke at presse batterimodulerne ind i varmeoverførselsmassen, men i stedet sprøjte massen ind i hulrummet. Hulrummet udfyldes bagfra og forud. Denne fremgangsmåde kan også spare materiale. Den vigtigste fordel er, at der ikke udøves kraft på de følsomme battericeller, og at risikoen for luftindeslutninger og uens tilspænding på det bløde materiale minimeres. Ulempen er, at visuel inspektion af fugen ikke er mulig. Mössner tilføjer,"Vi har allerede udført tests med indsprøjtning af varmeoverførselsmasse i vores innovationscenter.
Denne fremgangsmådes gennemførlighed afhænger i vid udstrækning af kundens proces og det individuelle materiale. Der skal bruges en masse med lav viskositet. Hvis hulrummet er for småt, kan det være nødvendigt at sprøjte ind med højere tryk, hvilket også kan forårsage beskadigelse af cellerne."
Specialudstyr til beskyttelse mod slitage
Alle varmeoverførselsmasser har høje koncentrationer af fyldstoffer for at sikre varmeoverførsel. Disse fyldstoffer består typisk af aluminiumoxid eller aluminiumhydroxid, som begge er stærkt slibende stoffer, der kan forårsage kraftig slitage på indvendige overflader i anlægskomponenter. Hvor der må påregnes særligt høje flowhastigheder, f.eks. ved ventilsæder, kan der i en vis udstrækning benyttes karbidkomponenter. Derudover bør delenes diameter være så stor som muligt for at reducere flowhastigheden. Denne tilgang muliggør minimering af slitagen. Driftssikker, produktiv håndtering af varmeoverførselsmasser kræver robuste, specialdesignede pumpe- og doseringskomponenter. SCA-produktserien omfatter specialkomponenter med maksimal holdbarhed.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
