La gestion de la température joue un rôle clé pour les batteries haute tension des véhicules électriques. Les éléments de batterie ne peuvent fournir des performances maximales que sous une certaine plage de températures et ne doivent pas surchauffer. Afin de transférer efficacement la chaleur produite par le fonctionnement des éléments autour d'eux, un composé thermique est appliqué sur le support de batterie. Découvrez-en plus sur cette étape vitale du processus d'assemblage.
Les composés de transfert thermique permettent la gestion thermique active des blocs de batteries de grande taille utilisés dans les véhicules électriques. Ils transfèrent la chaleur produite par la charge et la décharge des éléments vers les structures de refroidissement appropriées. Ainsi, la batterie peut fonctionner dans sa plage de température optimale et ne surchauffe pas. Ceci est important pour répondre aux exigences du marché imposées aux véhicules électriques modernes en termes de sécurité, de performances, d'autonomie et de temps de charge courts. Pendant le processus d'assemblage de la production de batteries, un matériau de remplissage thermoconducteur est appliqué sur le support de batterie avec une grande précision pour éviter toute inclusion d'air. Les cellules sont ensuite installées sur ce produit d'interface thermique. Les systèmes de serrage Atlas Copco peuvent prendre en compte le comportement du produit sur l'assemblage selon sa viscosité, le presser pour former une couche uniforme et assurer un contact optimal entre le carter et le module de batterie.
Définition du modèle d'application optimal
Afin de garantir la conductivité thermique du composé, il est essentiel de l'appliquer précisément, sans aucune inclusion d'air. C'est un vrai défi, car le composé est souvent appliqué en grandes quantités à un débit élevé. Selon le processus d'assemblage, les propriétés du matériau et la forme des pièces, différents modèles d'application sont disponibles pour garantir que les modules soient liés au composé sans inclusions d'air. Ces modèles incluent des lignes parallèles, des ondulations ou un modèle d'application en forme d'os.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Des tests complets sont normalement nécessaires pour définir le modèle d'application optimal dans chaque cas. Notre Centre d'innovation de Bretten rassemble des fabricants de batteries, des fabricants d'équipements et des fournisseurs de matériaux ainsi que nos experts.
“Ensemble, nous développons le procédé idéal lors des tests des éléments et nous adaptons le matériau, l'équipement de mesure et le procédé selon les exigences spécifiques du projet”
Udo Mössner Expert en assemblage de batterie chez Atlas Copco IAS
En collaboration avec un institut de recherche renommé, Atlas Copco travaille également sur de nouvelles simulations pour déterminer le meilleur modèle d'application possible en fonction des propriétés des matériaux et des forces de pression. Cette méthode pourrait permettre d'économiser du temps et de l'argent à l'avenir.
Surveillance de la qualité en ligne de l'application de remplissage
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
La largeur, la position et la continuité du cordon peuvent être surveillées en continu par un système de capteur de caméra intégré à la tête de dosage. Les erreurs d'application telles que les écarts dans le cordon de colle sont immédiatement détectées et peuvent ainsi être corrigées. Les systèmes modernes d'Atlas Copco offrent une fonction de correction du cordon pour corriger automatiquement les écarts dans le composé. Cela permet de réduire la durée du cycle et de réduire les coûts de reprise et d'assurance qualité.
Compensation des tolérances : autant que nécessaire, aussi peu que possible
L'utilisation économique des composés à transfert thermique est non seulement très efficace sur le plan thermique, mais permet également de faire des économies. Toutefois, lors du dosage du matériau, il est essentiel de tenir compte des tolérances d'ajustement entre le support de batterie et le module de cellule. Les tolérances sur les différentes pièces entraînent des écarts compris entre 0,5 et 3 mm. Dans le processus de production, les fabricants appliquent souvent trop de matériau pour s'assurer que l'espace est correctement rempli, même si les tolérances maximales sont atteintes. De nombreux fabricants, entrepreneurs en construction d'usines et spécialistes en dosage travaillent donc de manière intensive pour s'assurer que la quantité de produit requise est appliquée avec précision. Les experts d'Atlas Copco développent une solution pour la mesure du carter et des modules et la détermination précise des écarts tolérés entre chaque combinaison de composants à l'aide d'un scanner 3D. De cette manière, il est possible de calculer précisément la quantité de produit nécessaire pour remplir l'écart. Le volume est ensuite contrôlé avec précision par le système de mesure, sans utiliser la vitesse du robot, comme c'était le cas auparavant. « Le réglage du volume à l'aide du contrôleur est beaucoup plus précis. En ce qui concerne le processus, c'est un avantage considérable de ne plus avoir besoin de travailler sur le programme robot. Cela permet d'économiser jusqu'à 50 % de produit comparé aux solutions classiques », explique M. 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.
Injection : fixez d'abord les modules, puis remplissez l'espace
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.
Certains fabricants ont décidé de ne pas presser les modules de batterie sur le produit d'interface thermique, mais d'injecter le produit dans les interstices. Ceux-ci sont remplis de l'arrière vers l'avant. Cette approche permet également d'économiser du produit. L'avantage principal est qu'aucune force n'est appliquée aux éléments sensibles de la batterie et que le risque d'inclusions d'air ou de serrage irrégulier sur le produit est minimisé. L'inconvénient est qu'il est impossible d'inspecter visuellement l'assemblage. M. Mössner a précisé : « Nous avons déjà effectué certains tests d'injection de composé de transfert thermique dans notre Centre d'innovation.
La faisabilité de l'utilisation de cette approche dépend énormément du procédé du client et du produit lui-même. Il faut utiliser un composé à faible viscosité. Si l'interstice est trop petit, il peut être nécessaire d'utiliser une pression plus élevée pour l'injection, ce qui peut également endommager les éléments. »
Equipement spécial de protection contre l'abrasion
Tous les composés de transfert de chaleur ont une concentration de remplissage élevée pour assurer le transfert de chaleur. Ces remplissages sont généralement constitués d'oxyde d'aluminium ou d'hydroxyde d'aluminium, de substances abrasives qui peuvent provoquer une usure rapide sur les surfaces internes des composants de l'usine. Lorsque des taux particulièrement élevés sont attendus, par exemple au niveau des sièges de soupape, il est possible d'utiliser des composants de carbure. Par ailleurs, le diamètre des pièces doit être aussi grand que possible pour réduire la vitesse de flux. Cette approche permet de minimiser l'usure. Pour une manipulation fiable et productive des composés de transfert de chaleur, une pompe et des composants de dosage robustes et conçus spécialement sont nécessaires. La gamme de produits SCA offre des composants spéciaux d'une longévité maximale.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
