Intelligens hőkezelés az elektromos járművek akkumulátoraival kapcsolatos kötési eljárások során

Az elektromobilitási iparágnak folyamatosan fejlődnie kell az üzemeltetési biztonsággal, a teljesítménnyel, a hatótávolsággal, a töltési időkkel és a költségekkel kapcsolatos egyre növekvő piaci igények kielégítése érdekében. A jármű központi alkatrészének számító akkumulátor csak egy bizonyos hőmérséklet-tartományon belül képes maximális teljesítményt nyújtani. Minden akkumulátor hőt termel a töltési és kisülési folyamatok során, amely hőt szabályozni kell és el kell vezetni, a biztonság, valamint az akkumulátor kapacitásának hosszú idejű fenntartása érdekében. Az akkumulátortálcára hővezető pasztát hordanak fel a cellák működése során keletkező hő által okozott túlhevülés elkerülésének biztosításához.

Ezek a speciális kitöltőkkel feldúsított, magas viszkozitású anyagok – amelyek hézagkitöltőként és hőinterfész-anyagként (TIM) is ismertek – aktív hőkezelést tesznek lehetővé a nagy méretű akkumulátorcsomagok esetében azáltal, hogy a cellák töltése és kisülése során keletkező hőt megfelelő hűtőstruktúrákba vezetik.

A kötési eljárás során egy TIM-hez hasonló hővezető vegyületet visznek fel az akkumulátortálca leszigetelése, valamint a hűtőrendszer és az alkatrészek összeszerelése után. Nagyon fontos, hogy a felhordás pontosan, légzsebek kialakulása nélkül történjen. A fejlett meghúzási technológia optimális érintkezést biztosít a ház és az akkumulátormodul között, a kötésnél lévő hővezető paszta viselkedésének figyelembe vétele mellett.

A folyékony anyag nagy mennyiségben, nagy áramlási sebesség mellett történő felhordása komoly kihívást jelent. Fontos, hogy nagy teljesítményű felhordórendszerrel rendelkeznünk, amelyek alkatrészei ellenállnak a koptató hatású anyagnak. Számos felhordási mintázat – például párhuzamos csíkokban, kanyargós csíkokban vagy csont alakú mintázatban történő felhordás – alkalmazható annak érdekében, hogy ne alakuljanak ki buborékok a moduloknak a hővezető pasztára való rápréselésekor. Átfogó anyagtesztekre is szükség van a megfelelő felhordási mintázat kifejlesztése érdekében. A globális innovációs központjainkban lehetővé tesszük, hogy az akkumulátor- és berendezésgyártók, valamint az anyagok beszállítói a kötési szakértőinkkel együtt dolgozva megtalálhassák az optimális felhordási megoldást az adott feladathoz.

Az anyag felhordásakor figyelembe kell venni az akkumulátorrekesz és a cellamodul közötti illesztésre vonatkozó tűréshatárokat. Az alkatrészek közötti tűréshatárok 0,5 és 3 mm közötti hézagokat eredményeznek.
Túl kevés anyag felhordása elégtelen kitöltéshez és légzsebek kialakulásához vezethet, ami kedvezőtlen hatással van a hőkezelési minőségre.
A gyártók jellemzően túl sok anyagot visznek fel a hézag megfelelő kitöltésének biztosítása érdekében, még maximális tűrések esetén is, ami anyagpazarláshoz, az akkumulátor megnövekedett súlyához és magasabb költségekhez vezet. A modulok egymáshoz rögzítésekor kipréselődő anyag szintén technikai hibákat okozhat. A cél az anyag pontos mértékben történő felhordása.

Az Atlas Copco egy bemeneti ipari képfeldolgozó rendszerre, valamint egy intelligens algoritmusra támaszkodik, amelyek együttese lehetővé teszi, hogy a mérőrendszer pontosan hordja fel a hővezető anyagot. A Smart.Adjust kiszámítja az anyag optimális mennyiségét, és ennek megfelelően szabályozza a felhordást.
Az első lépés során a 3D-érzékelők méréseket végeznek az akkumulátormodul alsó részén és az akkumulátorrekesz felületén. A beolvasási adatok bekerülnek a szoftverbe. Ez lehetővé teszi a tűrések és az oszlop térfogatának kiszámítását. Az intelligens algoritmus a beolvasási adatok alapján meghatározza a szükséges anyagmennyiséget, és közvetlenül elküldi az információkat a felhordórendszer gyártósori vezérlőjének, amely az egyes felhordási alkalmazásoknak megfelelően beállítja a paramétereket, és az optimális mennyiségű anyagot hordja fel. A mennyiség pontos beállítása közvetlenül a mérőrendszeren keresztül történik.

A hőkezelési jellemzők javítása érdekében a felhordás mellett az anyagellátásnak is komoly figyelmet kell szentelni. A hőkezelési anyagok egyedi tulajdonságai különféle kihívásokat támasztanak. A nagy sűrűség miatt a dobok gyakran csak félig vannak feltöltve, ami gyakoribb dobcserét tesz szükségessé. Minden cserénél manuális szellőztetésre és öblítésre van szükség, ami 1,5–6 liternyi elpazarolt anyagot jelent. Mindemellett a hagyományos szivattyúk nem tudják teljesen kiüríteni a dobot, és körülbelül 6 liter anyagot hagynak egy 200 literes hordóban.
Ez az összetett eljárás sok időt vesz igénybe, a drága hőpaszta pazarlásával jár, valamint az anyagmaradványok költséges ártalmatlanítását is szükségessé teszi. Az adagolási folyamat egységes minőségének biztosítása szintén komoly kihívást jelent a kézi műveletek miatt.

Az ezen kihívásokra adott válaszként az Atlas Copco kifejlesztette az anyagszivattyúk új generációját, amely a Plus.Supply nevet kapta. A félig automatizált hordócserét, az újonnan tervezett lapos követőlemezt és vákuumtechnológiát biztosító SCA ENSO Plus.Supply igazi hős a szénlábnyom csökkentése terén, hiszen hordónként 99,4%-os anyagfelhasználást tesz lehetővé. Egy vákuumszivattyú automatikusan kiszivattyúzza a lapos követőlemez és az anyag közötti levegőt, ami félig automatizálttá teszi a hordócserét. Nincs szükség olyan manuális eljárásokra, mint a szellőztetés és az öblítés. Ez csökkenti a hordócsere összetettségét, valamint az alkalmazási hibákhoz vezető légzsebek kialakulásának elkerülésével kapcsolatos képzések mértékét, továbbá növeli a kezelői biztonságot. Három különféle alaplemezt kínálunk a Plus.Supply megoldásunkhoz, így szinte minden gyártó logisztikai igényeit képesek vagyunk kielégíteni.

Mérhető előnyök érhetők el egy olyan innovatív felhordórendszer alkalmazásával, amely képes figyelembe venni az alkatrészek tűréseit, és ezeknek megfelelően pontosan adagolja az anyagot. Az anyagellátás szerepét gyakran alábecsülik a hőkezelésben. Az innovatív anyagellátási megoldások kiváló lehetőséget biztosítanak az anyaggal való takarékoskodásra, optimalizálják a hordócsere folyamatát, valamint jelentős mértékben csökkentik az elektromosjármű-akkumulátorok összeszerelési folyamataival járó CO2-kibocsátást.