Intelligent varmestyring i batterisamleprocessen for elektriske køretøjer

Elektromobiliteten skal konstant udvikle sig for at imødekomme stigende markedskrav til driftssikkerhed, ydeevne, rækkevidde, opladningstider og omkostninger. Som bilens hjerte kan batteriet kun levere sin maksimale ydeevne inden for et bestemt temperaturområde. Under opladning og afladning genererer et batteri varme, som skal styres og afledes af hensyn til sikkerheden og for at opretholde den langsigtede batterikapacitet. Der påføres en termisk pasta i batteribakken for at forhindre overophedning forårsaget af den varme, der genereres af cellernes drift.

Disse meget viskøse materialer, der er beriget med særlige fyldstoffer, også kendt som fugemasser eller termiske grænsefladematerialer (TIM), muliggør aktiv varmestyring i store batteripakker ved at aflede den varme, der genereres under opladning og afladning af cellerne, til passende kølestrukturer.

I samleprocessen påføres et termisk materiale som TIM efter forsegling af batteribakken og montage af kølesystemet og -rummene. Præcis påføring uden luftlommer er afgørende. Avanceret tilspændingsteknologi sikrer optimal kontakt mellem huset og batterimodulet ved at tage hensyn til den ledende pastas adfærd ved samlingen.

Det er vanskeligt at påføre flydende materiale i store mængder og med et højt flow. Et højtydende påføringssystem er afgørende og omfatter komponenter, der kan modstå det slibende materiale. Forskellige påføringsmønstre, f.eks. parallelle linjer, bugtninger, eller såkaldt sildebenspåføring, kan bruges til at fremme den boblefri presning af modulerne ned på den ledende pasta. Omfattende materialetests er nødvendige for at udvikle det rette påføringsmønster. På vores globale innovationscentre bringer vi batteri- og udstyrsproducenter samt materialeleverandører sammen med vores samleeksperter for at finde den optimale påføring i hvert enkelt tilfælde.

Ved påføring af materialet skal der tages højde for tolerancer i pasformen mellem batterirummet og cellemodulet som modstykke. Komponenternes respektive tolerancekæder resulterer i fuger på 0,5 til 3 mm.
Hvis der påføres for lidt materiale, kan det medføre utilstrækkelig fyldning og luftlommer, hvilket påvirker kvaliteten af varmestyringen negativt.
Producenterne påfører normalt for meget materiale for at sikre, at fugen fyldes tilstrækkeligt selv ved maksimale tolerancer, hvilket fører til materialespild, øget batterivægt og øgede omkostninger. Hvis der presses materiale ud, når modulerne spændes sammen, kan det også føre til tekniske fejl. Målet er at påføre mængden af materiale på en præcist minimeret måde.

Atlas Copco er afhængig af et opstrøms industrielt billedbehandlingssystem kombineret med en intelligent algoritme, som gør det muligt for målesystemet at påføre det termiske grænseflademateriale nøjagtigt. Smart.Adjust beregner og styrer den optimale mængde materiale.
I første trin måler 3D-sensorer undersiden af batterimodulet og overfladen af batterirummet. Scanningsdataene flettes ind i softwaren. Dermed er det muligt at beregne tolerancerne og kolonnens volumen præcist. Den intelligente algoritme bestemmer den nødvendige materialemængde ud fra scanningsdataene og sender oplysningerne direkte til påføringssystemets linjestyring, som justerer parametrene i overensstemmelse hermed for hver enkelt påføring, og den optimale materialemængde påføres. Den præcise justering af mængden udføres direkte via målesystemet.

For at forbedre varmestyringen skal der lægges vægt på materialeforsyningen ud over påføringen. Der opstår udfordringer på grund af de unikke egenskaber ved varmestyringsmaterialer. Den høje tæthed efterlader ofte kun tromlerne halvt fyldte, hvilket gør det nødvendigt at skifte tromlerne hyppigt. Manuel udluftning og rensning er påkrævet efter hvert skift, hvilket resulterer i spild på 1,5 til 6 liter materiale som pumpeaffald. Derudover har traditionelle pumper svært ved helt at tømme en tromle, så der er op til 6 liter materiale tilbage i en 200-liters tønde.
Denne komplekse proces bruger tid, spilder dyr termisk pasta og kræver dyr bortskaffelse af materialerester. Det er også en udfordring at sikre ensartet kvalitet under hele dispenseringsprocessen på grund af manuel betjening.

For at kunne løse disse udfordringer opfandt Atlas Copco en ny generation af materialepumper, der kaldes Plus.Supply. Med halvautomatiseret tøndeskift, en nydesignet Flat Follower-plade og vakuumteknologi er SCA ENSO Plus.Supply vores "CO2-udledningshelt" med 99,4 % materialeforbrug pr. tønde. En vakuumpumpe pumper automatisk den luft ud, som er ophobet mellem Flat Follower-pladen og materialet, hvilket muliggør et halvautomatiseret tøndeskift. Manuelle processer som f.eks. udluftning og skylning elimineres. Dette reducerer kompleksiteten ved tøndeskift, og den omfattende træning, der kræves, medvirker til at undgå luftlommer i materialet, som kan føre til påføringsfejl, og øger operatørsikkerheden. Vi tilbyder tre forskellige bundplader til Plus.Supply, og vi opfylder næsten alle producenters logistikbehov.

Målbare fordele opnås ved et innovativt påføringssystem, der kan tage højde for komponenttolerancer og påføre materialet optimalt. Materialeforsyningens rolle undervurderes ofte inden for varmestyring. Innovative materialeforsyningskoncepter er garant for materialebesparelser og procesforbedringer ved tøndeskift, hvilket også bidrager til en betydelig reduktion af CO2-udledningen i EV-batteriernes samleproces.