Lämpötilan hallinnalla on suuri merkitys sähköajoneuvojen suurjänniteakuissa. Akkukennot tuottavat maksimaalisesti tehoa vain tietyllä lämpötila-alueella, ja ne eivät saa ylikuumentua. Jotta kennon toiminnan synnyttämä lämpö saadaan siirrettyä tehokkaasti ympäröiviin osiin, lämmönsiirtoseosta levitetään akkutelineeseen. Lue lisää tästä liittämisprosessin kriittisestä vaiheesta.
Lämmönsiirtoseokset tukevat sähköajoneuvoissa käytettyjen suurten akkuyksikköjen aktiivista lämmönhallintaa. Ne siirtävät kennojen latauksesta ja purkauksesta syntyvän lämmön sopiviin jäähdytysrakenteisiin. Näin akku pystyy toimimaan optimaalisella lämpötila-alueella eikä ylikuumene. Tämä on tärkeää, jotta voimme vastata markkinoiden vaatimuksiin modernien sähköajoneuvojen turvallisuudesta, suorituskyvystä, toimintamatkasta ja lyhyistä latausajoista. Akkujen tuotannon liitäntäprosessin aikana akkutelineeseen levitetään tarkasti materiaalia, joka sisältää lämpöä johtavia täyteaineita, ja ilman sisäänpääsy estetään. Tämän jälkeen kennoyksiköt asennetaan nestemäisen materiaalin päälle. Atlas Copcon kiristysjärjestelmät ottavat huomioon viskoosisen lämmönsiirtoseoksen käyttäytymisen liitoskohdassa, painavat seokset paikalleen tasaiseksi kerrokseksi ja varmistavat optimaalisen kontaktin kotelon ja akkumoduulin välillä.
Optimaalisen levityskuvion määrittäminen
Seos on levitettävä huolellisesti ja niin, ettei siihen pääse mukaan ilmaa. Tämä on olennaista, jotta seoksen lämmönjohtavuus voidaan varmistaa. Prosessi on haasteellinen, koska seosta levitetään usein suurina määrinä ja suurella virtausnopeudella. Liitäntäprosessin, materiaalin ominaisuuksien ja osien muodon mukaan on mahdollista valita useita erilaisia levityskuvioita ja näin varmistaa, että moduulit kiinnittyvät seokseen siten, ettei väliin jää ilmaa. Näitä kuvioita ovat esimerkiksi samansuuntaiset viivat, mutkat tai luun muotoinen levityskuvio.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Jokaiseen tapaukseen parhaiten sopiva levityskuvio selviää yleensä kattavissa testeissä. Brettenissä sijaitsevassa innovaatiokeskuksessamme akku- ja laitevalmistajat sekä materiaalintoimittajat pääsevät tekemään yhteistyötä liitäntäasiantuntijoidemme kanssa.
“Yhdessä saamme kehitettyä oikeanlaisen prosessin testikennojen avulla ja mukautettua materiaalin, annostelulaitteet ja prosessin projektikohtaisten vaatimusten mukaisiksi”
Udo Mössner Atlas Copco IAS:n akkujen liitäntäasiantuntija
Atlas Copco kehittelee yhteistyössä tunnetun tutkimuslaitoksen kanssa uusia simulaatioita, joiden avulla on tarkoitus määrittää paras levityskuvio materiaalin ominaisuuksien ja puristusvoimien perusteella. Tämä menetelmä saattaa säästää aikaa ja rahaa tulevaisuudessa.
Rakojen täyttöaineen levityksen tarkkaa laadunvalvontaa
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Saumanauhan leveyttä, paikkaa ja jatkuvuutta voidaan valvoa jatkuvasti kamera-anturijärjestelmällä, joka on sisäänrakennettu annostelupäähän. Liimanauhan aukot ja muut levitysvirheet havaitaan välittömästi ja voidaan näin ollen korjata. Atlas Copcon moderneissa järjestelmissä on nauhankorjaustoiminto, joka täydentää seokseen jäävät aukot automaattisesti. Näin jakson kesto pysyy lyhyenä ja uudelleenkäsittely- ja laadunvarmistuskustannukset pieninä.
Toleranssien kompensointi: niin paljon kuin tarvitaan, mutta mahdollisimman vähän
Lämmönsiirtoseosten taloudellinen käyttö on paitsi tehokasta lämmön hallintaa, myös kustannuksia säästävää. Materiaalin annostelussa on kuitenkin ensiarvoisen tärkeää ottaa huomioon akkutelineen ja kennomoduulin asennustilan toleranssit. Useiden osien toleranssien tuloksena saattaa olla 0,5–3 mm:n rakoja. Tuotantoprosessissa valmistajat käyttävät usein liikaa materiaalia varmistaakseen, että raot täyttyvät tarpeeksi, vaikka enimmäistoleranssit saavutettaisiin. Monet valmistajat, tehtaiden rakennusurakoitsijat ja annosteluasiantuntijat pyrkivät siksi varmistamaan, että tarvittavaa materiaalia levitettäisiin tarkalleen oikea määrä. Atlas Copcon asiantuntijat kehittävät ratkaisua kotelon ja kennojen mittaamiseen ja jokaisen komponenttiyhdistelmän välisen raon toleranssien määritykseen käyttämällä 3D-skanneria. Tällä tavalla voidaan laskea tarkasti materiaalin määrä, joka tarvitaan täyttämään aukko. Tällöin tilavuutta valvotaan tarkasti annostelujärjestelmän avulla, ei robotin nopeutta käyttämällä, kuten aiemmin tehtiin. ”Volyymin säätäminen ohjainlaitteella on paljon tarkempaa. Prosessin kannalta on suuri etu, jos robottiohjelmaa ei tarvitse enää käyttää. Näin saavutetaan jopa 50 prosentin materiaalisäästöt perinteisiin ratkaisuihin verrattuna”, Mössner kertoo.
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.
Ruiskutus: kiinnitä ensin moduulit, täytä aukko vasta sitten
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.
Osa valmistajista on päättänyt olla painamatta akkumoduuleita lämmönsiirtoseokseen ja sen sijaan ruiskuttaa seoksen aukkoon. Aukko täytetään takaosasta alkaen etuosaan päin. Tällä tavalla saatetaan myös säästää materiaalia. Tärkein etu on se, ettei herkkiin akkukennoihin kohdisteta voimaa ja ilmataskujen sekä pehmeän materiaalin epätasaisen kiinnittymisen riski pienenee. Huono puoli taas on se, että liitoskohtaa ei pystytä tarkistamaan silmämääräisesti. Mössner jatkaa: ”Olemme jo tehneet joitakin testejä lämmönsiirtoyhdisteen ruiskutuksella innovaatiokeskuksessamme.”
Tämän tavan käyttökelpoisuus riippuu erittäin suuressa määrin asiakkaan prosessista ja yksittäisestä materiaalista. Käytettävän seoksen viskositeetin on oltava pieni. Jos rako on liian pieni, ruiskutuksessa voi olla tarpeen käyttää suurempaa painetta, ja tämä saattaa myös vaurioittaa kennoja.”
Erikoisosat suojaavat hankaukselta
Kaikissa lämmönsiirtoseoksissa on korkea täyteainepitoisuus lämmön siirtymisen varmistamiseksi. Nämä täyteaineet koostuvat yleensä alumiinioksidista tai alumiinihydroksidista eli hankaavista aineista, jotka voivat kuluttaa komponenttien sisäpinnat nopeasti. Esimerkiksi venttiili-istukoissa ja muissa vastaavissa osissa, joiden odotetaan altistuvat erityisen suurille virtausnopeuksille, voidaan käyttää karbidikomponentteja. Lisäksi osien halkaisijan pitäisi olla mahdollisimman suuri, mikä alentaa virtausnopeutta. Näin kuluminen saadaan mahdollisimman vähäiseksi. Lämmönsiirtoseosten luotettavaan, tuottavaan käsittelyyn tarvitaan lujatekoinen, erikoissuunniteltu pumppu ja annostelukomponentit. SCA-tuotemallistoon kuuluu erikoiskomponentteja, joiden kestävyys on huippuluokkaa.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
