La gestión de la temperatura desempeña un papel fundamental en las baterías de alta tensión de vehículos eléctricos. Las celdas de la batería solo pueden ofrecer el máximo rendimiento dentro de un rango de temperatura determinado, y no deben sobrecalentarse. Para transferir de forma eficaz el calor provocado por el funcionamiento de las celdas al entorno, se aplica un compuesto térmico a la bandeja de la batería. Obtenga más información sobre este paso fundamental en el proceso de unión.
Los compuestos de transferencia de calor proporcionan asistencia para la gestión térmica activa de las baterías de gran tamaño utilizadas en vehículos eléctricos. Transfieren el calor causado por la carga y descarga de las celdas a estructuras de refrigeración adecuadas. De este modo, la batería puede funcionar en su rango de temperatura óptimo y no se sobrecalienta. Esto es importante para cumplir los requisitos del mercado a los que se enfrentan los vehículos eléctricos modernos en términos de seguridad, rendimiento, autonomía y tiempos de carga reducidos. Durante el proceso de unión en la producción de baterías, se aplica un material que contiene rellenadores termoconductores en la bandeja de la batería con alta precisión, evitando así las inclusiones de aire. A continuación, las unidades de celdas se instalan en el material líquido. Los sistemas de apriete de Atlas Copco pueden tener en cuenta el comportamiento de los compuestos de transferencia de calor viscosos en la junta, presionar los compuestos para colocarlos en una capa uniforme y garantizar un contacto óptimo entre la carcasa y el módulo de la batería.
Definición del patrón de aplicación óptimo
Para garantizar la conductividad térmica del compuesto, es esencial una aplicación precisa sin inclusiones de aire. Esto supone un reto, pues el compuesto se suele aplicar en grandes cantidades y a gran velocidad. En función del proceso de unión, las propiedades de los materiales y la forma de las piezas, hay varios patrones de aplicación disponibles para garantizar que los módulos se unen al compuesto sin inclusiones de aire. Estos patrones incluyen líneas paralelas, aplicación serpenteante o un patrón de aplicación con forma de hueso.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Normalmente se requieren pruebas exhaustivas para definir el patrón de aplicación óptimo en cada caso. En nuestro centro de innovación de Bretten, reunimos a fabricantes de baterías, productores de equipos y proveedores de materiales con nuestros expertos.
“Juntos desarrollamos el proceso correcto en las celdas de prueba y ajustamos el material, el equipo de medición y el proceso según los requisitos específicos del proyecto.”
Udo Mössner Experto en unión de baterías de Atlas Copco IAS
En colaboración con un prestigioso instituto de investigación, Atlas Copco también está trabajando en nuevas simulaciones para determinar el mejor patrón de aplicación posible en función de las propiedades de los materiales y las fuerzas de presión. Se trata de un método que puede ahorrar tiempo y dinero en el futuro.
Control de calidad en la línea de producción de la aplicación de llenado de huecos
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
La anchura, la posición y la continuidad del cordón se pueden controlar continuamente mediante un sistema de sensores de cámaras integrado en el cabezal de medición. Los errores de aplicación, como huecos en el cordón de adhesivo, se detectan inmediatamente y se pueden corregir. Los sistemas modernos de Atlas Copco ofrecen una función de corrección de cordones para solucionar automáticamente los huecos del compuesto. De este modo, el tiempo de ciclo es corto y se reducen los gastos de control de calidad.
Compensación de tolerancias: todo lo necesario, pero lo menos posible
El uso económico de compuestos de transferencia térmica no solo es térmicamente eficiente, sino que también ahorra costes. Sin embargo, al dosificar el material, es esencial tener en cuenta las tolerancias en el ajuste entre la bandeja de la batería y el módulo de las celdas. Las tolerancias de las distintas piezas dan como resultado huecos entre 0,5 y 3 mm. En el proceso de producción, los fabricantes suelen aplicar demasiado material para garantizar que el hueco se llena correctamente incluso si se alcanzan las tolerancias máximas. Por tanto, muchos fabricantes, contratistas de construcción de plantas y especialistas en medición trabajan intensamente para garantizar que se aplica exactamente la cantidad de material necesaria. Los expertos de Atlas Copco están desarrollando una solución para la medición de la carcasa y las celdas, y la determinación precisa de las tolerancias en el hueco entre cada combinación de componentes mediante un escáner 3D. De este modo, se puede calcular la cantidad de material necesaria para llenar con precisión el hueco. A continuación, el volumen se controla de forma precisa gracias al sistema de medición y no mediante la velocidad del robot, como se hacía anteriormente. "El ajuste del volumen mediante el controlador es mucho más preciso. En lo que respecta al proceso, es una gran ventaja si ya no necesita trabajar en el programa del robot. Esto permite un ahorro de material de hasta el 50 % en comparación con las soluciones convencionales", afirmó 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.
Inyección: primero fije los módulos y, a continuación, llene el hueco
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.
Algunos fabricantes han decidido no presionar los módulos de la batería en el compuesto de transferencia de calor, sino inyectar el compuesto en el hueco. El hueco se rellena desde atrás hacia delante. Este enfoque también podría ahorrar material. La ventaja principal es que no se aplica fuerza a las celdas sensibles de la batería y se minimiza el riesgo de inclusiones de aire o de apriete irregular en el material blando. La desventaja es que no es posible una inspección visual de la junta. Mössner añadió: “Ya hemos realizado algunas pruebas con la inyección de compuesto de transferencia de calor en nuestro centro de innovación.
En gran medida, la viabilidad del uso de este enfoque depende del proceso del cliente y del material en concreto. Se debe utilizar un compuesto de baja viscosidad. Si el hueco es demasiado pequeño, puede que sea necesario utilizar una presión más alta para la inyección, lo que también puede causar daños en las celdas”.
Equipo especial para protección contra abrasión
Todos los compuestos de transferencia de calor tienen una alta concentración de relleno para garantizar la transferencia de calor. Estos rellenadores normalmente están hechos de óxido de aluminio o hidróxido de aluminio, sustancias abrasivas que pueden causar un desgaste rápido de las superficies interiores de los componentes de la planta. Cuando se esperan flujos especialmente altos, por ejemplo, en los asientos de las válvulas, se pueden utilizar componentes de carburo. Además, el diámetro de las piezas debe ser lo más grande posible para reducir la velocidad de flujo. Este enfoque permite minimizar el desgaste. Para una manipulación fiable y productiva de compuestos de transferencia de calor, se necesitan componentes de bomba y medición robustos y especialmente diseñados. La línea de productos SCA ofrece componentes especiales con la máxima durabilidad.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
