Älykäs lämmönhallinta sähköajoneuvojen akkujen liitäntäprosessissa

Sähköajoneuvoteollisuuden on kehityttävä jatkuvasti, jotta se voi vastata markkinoiden kasvaviin vaatimuksiin käyttöturvallisuudesta, suorituskyvystä, toimintamatkasta, latausajoista ja kustannuksista. Ajoneuvon sydämenä akku pystyy tuottamaan parasta suorituskykyä vain tietyllä lämpötila-alueella. Jokainen akku tuottaa lämpöä lataamisen ja purkautumisen aikana, ja tätä lämpöä on hallittava ja poistettava turvallisuuden vuoksi ja jotta akun pitkäaikainen kapasiteetti säilyy. Akkukoteloon levitetään lämpötahnaa, joka estää kennojen toiminnan synnyttämän lämmön aiheuttaman ylikuumenemisen.

Nämä erittäin viskoosiset materiaalit on rikastettu erikoistäytteillä eli rakojen täyttöaineilla tai lämpöliitäntämateriaaleilla (TIM). Ne mahdollistavat suurten akkujen aktiivisen lämmönhallinnan haihduttamalla kennojen lataamisen ja purkautumisen aikana syntyvää lämpöä asianmukaisiin jäähdytysrakenteisiin.

Liitäntäprosessissa käytetään TIMin kaltaista lämpöyhdistettä, kun akkukotelo on suljettu ja jäähdytysjärjestelmä ja lokerot koottu. Tarkka levitys ilman ilmataskuja on erittäin tärkeää. Edistynyt kiristystekniikka varmistaa kotelon ja akkumoduulin optimaalisen kontaktin ottamalla huomioon johtavan tahnan käyttäytymisen liitoksessa.

Nestemäisen materiaalin levittäminen suurina määrinä ja suurella virtauksella on haastavaa. Tehokas levitysjärjestelmä on täten erittäin tärkeä, ja sen osien täytyy kestää hankaavaa materiaalia. Erilaisia levityskuvioita, kuten rinnakkaisia viivoja, kaarteita tai niin sanottua luulevitystä, voidaan käyttää edistämään moduulien kuplatonta puristamista johtavaan tahnaan. Sopivien levityskuvioiden kehittämiseen tarvitaan laajoja materiaalitestejä.  Kansainvälisissä innovaatiokeskuksissa tuomme akku- ja laitevalmistajat sekä materiaalitoimittajat yhteen liitäntäasiantuntijoidemme kanssa, jotta voimme löytää kuhunkin tapaukseen parhaiten sopivan sovelluksen.

Materiaalia levitettäessä akkutilan ja kennomoduulin väliset toleranssit on otettava huomioon. Komponenttien vastaavat toleranssiketjut aiheuttavat 0,5–3 mm:n rakoja.
Jos materiaalia levitetään liian vähän, se voi johtaa riittämättömään täyttöön ja ilmataskuihin, mikä heikentää lämmönhallinnan laatua.
Valmistajat käyttävät yleensä liikaa materiaalia, jotta rako täyttyy riittävästi jopa suurimmalla sallitulla toleranssilla, mikä johtaa hukkamateriaaliin, akun painon lisääntymiseen ja kustannusten kasvuun. Jos materiaalia pursuaa ulos moduuleja yhteen kiristettäessä, seurauksena voi olla teknisiä vikoja. Tavoite: materiaalin levittäminen tarkan minimoidusti.

Atlas Copco käyttää teollista kuvankäsittelyjärjestelmää yhdessä älykkään algoritmin kanssa, minkä ansiosta mittausjärjestelmä voi levittää lämpöliitäntämateriaalia tarkasti. Smart.Adjust laskee ja ohjaa optimaalista materiaalimäärää.
Ensimmäisessä vaiheessa 3D-anturit mittaavat akkumoduulin alapuolta ja akkutilan pintaa. Kuvaustiedot yhdistetään ohjelmistoon. Näin toleranssit ja tilavuus voidaan laskea tarkasti. Älykäs algoritmi määrittää tarvittavan materiaalitilavuuden kuvaustiedoista ja lähettää tiedot suoraan levitysjärjestelmän linjaohjaukseen, joka säätää parametrit kunkin yksittäisen levityksen mukaan ja optimoi materiaalitilavuuden. Tilavuuden tarkka säätö tehdään suoraan mittausjärjestelmällä.

Lämmönhallinnan parantamiseksi huomiota on kiinnitettävä levityksen lisäksi materiaalinsyöttöön. Lämmönhallintamateriaalien ainutlaatuiset ominaisuudet voivat aiheuttaa haasteita. Suuri tiheys jättää rummut usein vain puoliksi täyteen, jolloin rumpua on vaihdettava usein. Manuaalinen ilmanpoisto ja tyhjennys on tehtävä jokaisen vaihdon jälkeen, mikä aiheuttaa 1,5–6 litran materiaalihävikin. Perinteisillä pumpuilla on lisäksi vaikeuksia tyhjentää rumpu kokonaan, jolloin jopa 6 litraa materiaalia voi jäädä 200 litran tynnyriin.
Tämä monimutkainen prosessi tuhlaa aikaa ja kallista lämpötahnaa ja edellyttää materiaalijäämien kallista hävittämistä. Tasaisen laadun varmistaminen koko levitysprosessin aikana on myös haastavaa manuaalisten toimintojen vuoksi.

Atlas Copco kehitti uuden materiaalipumppusukupolven nimeltään Plus.Supply, joka vastaa näihin haasteisiin. Puoliautomaattisen tynnyrin vaihdon, uuden litteän saattolevyn ja tyhjiötekniikan ansiosta SCA ENSO Plus.Supply on ”hiilijalanjälkisankarimme”, jonka materiaalin käyttöaste on 99,4 % tynnyriä kohti. Alipainepumppu pumppaa automaattisesti litteän saattolevyn ja materiaalin väliin jääneen ilman pois, mikä mahdollistaa puoliautomaattisen tynnyrin vaihdon. Manuaalisia prosesseja, kuten ilmanpoistoa ja huuhtelua, ei tarvita. Tämä vähentää tynnyrin vaihtamisen monimutkaisuutta, ja vaadittava koulutus auttaa välttämään levitysvirheisiin johtavia materiaalin ilmataskuja ja parantaa käyttäjän turvallisuutta. Plus.Supplyyn on tarjolla on kolme erilaista peruslevyä, joten pystymme vastaamaan lähes kaikkien valmistajien logistiikkatarpeisiin.

Mitattavissa olevat edut saavutetaan innovatiivisella levitysjärjestelmällä, joka ottaa komponenttien toleranssit huomioon ja levittää materiaalia optimaalisesti. Materiaalinsyötön roolia usein aliarvioidaan lämmönhallinnassa. Innovatiiviset materiaalinsyöttökonseptit tarjoavat merkittäviä materiaalisäästöjä ja prosessiparannuksia tynnyrien vaihdon aikana. Ne myös vähentävät huomattavasti sähköajoneuvojen akkujen kokoonpanoprosessin hiilidioksidipäästöjä.