A hőmérséklet-szabályozás kulcsszerepet játszik az elektromos járművek nagyfeszültségű akkumulátorai esetében. Az akkumulátorcellák csak egy bizonyos hőmérsékleti tartományban képesek maximális teljesítményt biztosítani, nem szabad túlmelegedniük. Annak érdekében, hogy a cellák működése által okozott hőt hatékonyan továbbítsák a környezetbe, hővezető keveréket hordanak fel az akkumulátortálcára. Tudjon meg többet a kötési folyamat ezen kritikus fontosságú lépéséről.
A hővezető vegyületek segítik az elektromos járművekben használt nagy akkumulátorok aktív hőkezelését. Ezek az anyagok a cellák töltéséből és kisüléséből származó hőt a megfelelő hűtőszerkezetekbe továbbítják. Ezáltal az akkumulátor az optimális hőmérséklet-tartományon belül működik és nem melegszik túl. Mindez fontos a modern elektromos járművek biztonságával, teljesítményével, hatótávolságával és rövid töltési idejével szemben állított piaci követelmények kielégítéséhez. Az akkumulátorgyártásban alkalmazott kötési folyamatok során hővezető kitöltőanyagokat tartalmazó anyagot hordanak fel nagy pontossággal az akkumulátortálcára úgy, hogy elkerüljék a légzárványok kialakulását. Ezt követően a cellákat a folyékony anyagra helyezik. Az Atlas Copco csavarmeghúzási rendszerei figyelembe veszik a viszkózus hővezető keverékek viselkedését a kötésen, egyenletes rétegben a helyére nyomják a keverékeket, és optimális kapcsolatot biztosítanak a ház és az akkumulátormodul között.
Az optimális felhordási minta meghatározása
A vegyület hővezetési képességének biztosítása érdekében elengedhetetlenül fontos a pontos, légzárványoktól mentes felhordás. Ez kihívást jelent, mivel a vegyületet gyakran nagy mennyiségben, magas áramlási sebesség mellett viszik fel. A kötési eljárástól, az anyagjellemzőktől és az alkatrészek alakjától függően különféle felhordási mintázatok állnak rendelkezésre a modulok kötésének és a vegyület légzárványoktól való mentességének biztosítására. Ezen mintázatok közé tartoznak a párhuzamos csíkok, a kanyargó vonalak, illetve a csont alakú minták.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Normál esetben átfogó tesztelésre van szükség az optimális felhordási minta meghatározásához. A Brettenben található Innovációs központunkban lehetőséget biztosítunk, hogy az akkumulátorgyártók, a berendezésgyártók és az anyagbeszállítók együtt dolgozhassanak a kötési szakértőinkkel.
“A tesztcelláinkban közösen kidolgozzuk a megfelelő eljárást, és az adott projekt egyedi követelményeihez igazítjuk az anyagokat, a mérőberendezéseket és a folyamatokat”
Udo Mössner Akkumulátorkötési szakértő az Atlas Copco IAS részlegénél
Az Atlas Copco emellett egy neves kutatóintézettel együttműködve új szimulációkon is dolgozik annak érdekében, hogy az anyagtulajdonságok és a nyomóerők alapján meghatározható legyen a lehető legjobb felhordási minta. Ez a módszer időbeli és anyagi megtakarítási lehetőségeket biztosíthat a jövőben.
A hézagkitöltő felhordási minőségének folyamatos ellenőrzése
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
A gyöngy szélessége, helyzete és folytonossága egy, az adagolófejbe épített kameraérzékelő rendszerrel folyamatosan nyomon követhető. A felhordási hibákat, mint például a ragasztógyöngyökben található réseket, a rendszer azonnal felismeri. Ezt követően ezek a hibák kijavíthatók. Az Atlas Copco modern rendszerei gyöngykorrekciós funkciót tartalmaznak a keverékben található rések automatikus kijavítására. Ezáltal a ciklusidő rövid marad, az újramegmunkálással és minőség-biztosítással kapcsolatos költségek pedig csökkennek.
A toleranciák kompenzálása: csak amennyire szükség van, amilyen keveset csak lehet
A hővezető anyagok gazdaságos használata nem csak hőtani szempontból hatékony, de költségmegtakarítást is eredményez. Az anyag adagolásakor azonban fontos figyelembe venni az akkumulátortálca és a cellamodul közötti illesztés tűréseit. A különféle alkatrészek tűrése 0,5 és 3 mm közötti hézagokat eredményez. A gyártási folyamat során a gyártók gyakran túl sok anyagot alkalmaznak annak biztosítására, hogy a rést még a maximális tűréshatárok elérése esetén is megfelelően kitöltsék. Ezért sok gyártó, üzemépítési alvállalkozó és méréssel foglalkozó szakértő dolgozik annak biztosítása érdekében, hogy pontosan a szükséges anyagmennyiség kerüljön felhordásra. Az Atlas Copco szakértői háromdimenziós szkenner segítségével egy megoldás kifejlesztésén dolgoznak a ház és a cellák mérésére, valamint az egyes összetevők kombinációja közötti rés tűréshatárainak pontos meghatározására. Ily módon kiszámítható a rés pontos kitöltéséhez szükséges anyagmennyiség. A pontos térfogatot így már a mérőrendszer szabályozza, a korábbi megoldással ellentétben, amikor ehhez a robot sebességét használták. „A térfogat vezérlővel történő beállítása sokkal pontosabb. A folyamat szempontjából nagy előny, hogy többé nem kell a robot programja alapján dolgozni. Ez a hagyományos megoldásokhoz képest akár 50%-os anyagmegtakarítást tesz lehetővé” – mondja Mr. 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.
Befecskendezés: elsőként a fix modulok, majd a hézag kitöltése
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.
Egyes gyártók úgy döntöttek, hogy nem az akkumulátormodulokat nyomják a hővezető vegyületbe, hanem a vegyületet fecskendezik a hézagba. A hézag kitöltése hátulról előrefelé történik. Ezzel a megközelítéssel anyagmegtakarítás is elérhető. Az eljárás fő előnye az, hogy az érzékeny akkumulátorcellákra nem fejtenek ki erőt, valamint minimalizálják a levegőzárványok kialakulásának és a puha anyagok egyenetlen meghúzásának kockázatát. Hátránya viszont, hogy a hézagok vizuális ellenőrzése nem lehetséges. „Az Innovációs Központban már elvégeztünk néhány, a hővezető vegyület befecskendezésével kapcsolatos tesztet.
Ennek a megközelítésnek a megvalósíthatósága nagymértékben függ az ügyfél által alkalmazott gyártási folyamattól és az egyes anyagoktól. Mindenképp alacsony viszkozitású vegyületet kell használni. Ha a hézag túl kicsi, elengedhetetlen, hogy a befecskendezés nagyobb nyomás mellett történjen, ami szintén a cellák károsodásához vezethet.”
Speciális felszerelés a kopás elleni védelemhez
Minden hővezető keverék magas töltőanyag-koncentrációval rendelkezik, ezzel biztosítva a hőátadást. Ezek a töltőanyagok jellemzően alumínium-oxidból vagy alumínium-hidroxidból, illetve olyan koptató anyagokból állnak, amelyek az alkatrészek belső felületének gyors kopását okozhatják. Azokon a helyeken, ahol különösen magas áramlási sebesség várható, például a szelepüléseknél, keményfém alkatrészek használatára is van lehetőség. Emellett az alkatrészek átmérőjének is a lehető legnagyobbnak kell lenniük, így csökkenthető az áramlási sebesség. Ezzel a megközelítéssel minimalizálható a kopás. A hővezető anyagok megbízható és eredményes kezeléséhez robusztus, speciális kialakítású szivattyú- és adagolóelemekre van szükség. Az SCA termékcsaládban megtalálhatók ezek a speciális összetevők, amelyeket maximális tartósság jellemez.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
