Gestión térmica inteligente en el proceso de unión de las baterías de vehículos eléctricos

La electromovilidad debe evolucionar constantemente para satisfacer las crecientes exigencias del mercado en términos de seguridad operativa, rendimiento, autonomía, tiempos de carga y costos. Como pieza central del vehículo, la batería solo puede ofrecer el máximo rendimiento dentro de un rango de temperatura específico. Cada batería genera calor durante la carga y la descarga, que debe controlarse y disiparse por motivos de seguridad y para mantener su capacidad a largo plazo. En la bandeja de la batería se aplica una pasta térmica para evitar el sobrecalentamiento debido al calor generado por el funcionamiento de las celdas.

Estos materiales altamente viscosos con una gran cantidad de rellenos especiales, también conocidos como rellenadores de huecos o materiales de interfaz térmica, permiten la gestión térmica activa de las baterías de gran tamaño al disipar el calor generado durante la carga y descarga de las celdas en estructuras de refrigeración adecuadas.

En el proceso de unión se aplica un compuesto térmico como material de interfaz térmica tras el sellado de la bandeja de la batería y el montaje del sistema de refrigeración y de los compartimentos. Para ello, es esencial aplicar el compuesto con precisión y sin bolsas de aire. La avanzada tecnología de apriete garantiza un contacto óptimo entre la carcasa y el módulo de la batería teniendo en cuenta el comportamiento de la pasta conductora en la junta.

Aplicar el material líquido en grandes cantidades y con un caudal elevado es todo un reto. Es fundamental disponer de un sistema de aplicación de alto rendimiento, con componentes que puedan soportar el material abrasivo. De este modo, se pueden utilizar distintos patrones de aplicación, como líneas paralelas o serpenteantes, o la denominada aplicación con forma de hueso, para favorecer el prensado sin burbujas de los módulos sobre la pasta conductora. Para desarrollar el patrón de aplicación adecuado es necesario realizar pruebas exhaustivas del material. En nuestros centros de innovación globales reunimos a fabricantes de baterías y equipos y proveedores de materiales con nuestros expertos en soluciones de unión para encontrar la aplicación óptima para cada caso concreto.

Al aplicar el material, se deben tener en cuenta las tolerancias en el ajuste entre el compartimento de la batería y el módulo de celdas como contrapartida. Las respectivas cadenas de tolerancia de los componentes dan como resultado separaciones de entre 0,5 y 3 mm.
Si se aplica muy poco material, puede que el relleno no sea suficiente y se formen bolsas de aire, lo que repercute negativamente en la calidad de la gestión térmica.
Los fabricantes suelen aplicar demasiado material para garantizar que el hueco se rellene adecuadamente, incluso con las tolerancias máximas, lo que conlleva un desperdicio de material y un aumento del peso de la batería y de los costos. La pérdida de material al apretar los módulos entre sí también puede provocar defectos técnicos. El objetivo consiste en aplicar la cantidad mínima de material de forma precisa.

Atlas Copco se basa en un sistema de procesamiento de imágenes industrial anterior en combinación con un algoritmo inteligente, que permite al sistema de medición aplicar el material de interfaz térmica con precisión. Smart.Adjust calcula y controla la cantidad óptima de material.
En el primer paso, los sensores 3D miden la parte inferior del módulo de la batería y la superficie del compartimento de la batería. Los datos de análisis se fusionan en el software, lo que permite calcular con precisión las tolerancias y el volumen de la columna. El algoritmo inteligente determina el volumen de material necesario a partir de los datos de análisis y envía la información directamente al control de línea del sistema de aplicación, que ajusta los parámetros en consecuencia para cada aplicación individual, y se aplica el volumen de material óptimo. El ajuste preciso del volumen se realiza directamente a través del sistema de medición.

Para mejorar la gestión térmica, se debe prestar atención al suministro de materiales además de su aplicación. Los retos surgen debido a las propiedades únicas de los materiales de gestión térmica. La alta densidad suele dejar los barriles llenos solo hasta la mitad, por lo que es necesario sustituirlos con frecuencia. Después de cada cambio es necesario purgarlos y ventilarlos manualmente, lo que supone una pérdida de entre 1,5 y 6 litros de material como residuo de bombeo. Además, las bombas convencionales tienen dificultades para vaciar por completo un barril, dejando hasta 6 litros de material en un barril de 200 litros.
Este complejo proceso requiere tiempo, desperdicia pasta térmica cara y requiere una costosa eliminación de los residuos del material. Garantizar una calidad uniforme en todo el proceso de dispensación también es un reto debido a las operaciones manuales.

Para responder a estos retos, Atlas Copco ha inventado una nueva generación de bombas de materiales, denominada Plus.Supply. Con un cambio de barril semiautomatizado, una placa de seguimiento plana de nuevo diseño y una tecnología de vacío, SCA ENSO Plus.Supply es nuestro "héroe en cuanto a la reducción de la huella de carbono" con un uso del 99,4 % de material por barril. Una bomba de vacío bombea automáticamente el aire atrapado entre la placa de seguimiento plana y el material, lo que permite realizar un cambio de barril semiautomatizado. También se eliminan los procesos manuales, como la ventilación y el lavado. De esta forma, se reduce la complejidad del cambio de barril y la cantidad de formación necesaria, se evita la aparición de bolsas de aire en el material que pueden provocar errores de aplicación y se aumenta la seguridad del operador. Al ofrecer tres placas base distintas para la generación de bombas Plus.Supply, satisfacemos las necesidades logísticas de casi todos los fabricantes.

Un sistema de aplicación innovador, que puede tener en cuenta las tolerancias de los componentes y aplicar el material de forma óptima, aporta ventajas cuantificables. La función del suministro de materiales suele subestimarse en la gestión térmica. Los innovadores conceptos de suministro de materiales ofrecen una gran ventaja para el ahorro de materiales y la mejora de los procesos durante los cambios de barril, lo que también ayuda a reducir significativamente las emisiones de CO2 en el proceso de montaje de las baterías de vehículos eléctricos.