La gestione della temperatura svolge un ruolo chiave per le batterie ad alta tensione dei veicoli elettrici. Le celle della batteria possono offrire prestazioni massime solo entro un determinato intervallo di temperatura e non devono surriscaldarsi. Per trasferire efficacemente il calore causato dal funzionamento della cella nell'ambiente circostante, viene applicato un composto termico al contenitore della batteria, che rappresenta una fase fondamentale del processo di giunzione. Scopri di più su questo passaggio fondamentale del processo di giunzione.
I composti a trasferimento termico forniscono il supporto per la gestione termica attiva di grandi batterie utilizzate nei veicoli elettrici. Trasferiscono il calore prodotto dalla carica e scarica delle celle a strutture di raffreddamento appropriate. In questo modo, la batteria può funzionare nella fascia di temperatura ottimale e non si surriscalda. Ciò è importante per soddisfare i requisiti del mercato delle moderne auto elettriche in termini di sicurezza, prestazioni, autonomia e tempi di ricarica brevi. Durante il processo di giunzione nella produzione di batterie, un materiale contenente filler di riempimento termoconduttivi viene applicato al contenitore della batteria con elevata precisione, evitando il passaggio dell'aria. Le celle vengono quindi installate sul materiale liquido. I sistemi di serraggio Atlas Copco possono tenere conto del comportamento dei composti viscosi per il trasferimento del calore sul giunto, premere i composti in posizione in uno strato uniforme e garantire un contatto ottimale tra l'alloggiamento e il modulo batteria.
Definizione del modello di applicazione ottimale
Per garantire la conduttività termica del composto, è essenziale un'applicazione precisa senza inclusioni d'aria. Questo è un problema perché il composto viene spesso applicato in grandi quantità a una portata elevata. A seconda del processo di giunzione, delle proprietà del materiale e della forma delle parti, sono disponibili vari modelli di applicazione per garantire che i moduli siano incollati al composto senza inclusioni di aria. Questi modelli includono linee parallele, a zigzag o a forma di osso.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Di norma, per definire il modello di applicazione ottimale in ciascun caso sono necessari test approfonditi. Nel nostro Innovation Center di Bretten, riuniamo produttori di batterie, produttori di apparecchiature e fornitori di materiali insieme ai nostri esperti in materia di giunzione.
“Insieme, sviluppiamo il processo giusto nelle celle di test e regoliamo il materiale, le apparecchiature di misurazione e il processo in base ai requisiti specifici del progetto”
Udo Mössner Esperto di giunzione per le batterie presso Atlas Copco IAS
In collaborazione con un rinomato istituto di ricerca, Atlas Copco sta inoltre lavorando a nuove simulazioni per determinare il miglior modello di applicazione possibile in base alle proprietà dei materiali e alle forze di pressione. Si tratta di un metodo che potrebbe far risparmiare tempo e denaro in futuro.
Monitoraggio della qualità in linea all'applicazione di riempimento degli spazi vuoti
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
La larghezza, la posizione e la continuità del cordone possono essere monitorate continuamente da un sistema di sensori con telecamera integrati nella testa di misurazione. Gli errori di applicazione, come gli spazi nel cordone adesivo, vengono rilevati immediatamente e possono essere corretti. I sistemi moderni di Atlas Copco offrono una funzione di correzione automatica degli spazi vuoti del cordone nel composto. In questo modo il tempo del ciclo rimane breve e si riducono le spese di rilavorazione e il controllo della qualità.
Compensazione delle tolleranze: quanto necessario, il meno possibile
L'uso economico dei composti a trasferimento termico non solo è efficiente dal punto di vista termico, ma consente anche di risparmiare sui costi. Tuttavia, durante il dosaggio del materiale, è essenziale tenere conto delle tolleranze nel montaggio tra il contenitore della batteria e il modulo cella. Le tolleranze sulle varie parti determinano spazi vuoti tra 0,5 e 3 mm. Nel processo di produzione, i produttori spesso applicano una quantità eccessiva di materiale per garantire che gli spazi vuoti siano adeguatamente riempiti anche se vengono raggiunte le tolleranze massime. Molti produttori, appaltatori di costruzioni di impianti e specialisti di misurazione stanno pertanto lavorando intensamente per garantire che venga applicata con precisione la quantità di materiale necessaria. Gli esperti di Atlas Copco stanno sviluppando una soluzione per la misurazione dell'alloggiamento e delle celle, e la determinazione precisa delle tolleranze sullo spazio vuoto tra ciascuna combinazione di componenti utilizzando uno scanner 3D. In questo modo, è possibile calcolare la quantità di materiale necessaria per riempire con precisione lo spazio vuoto. Il volume viene quindi controllato con precisione dal sistema di dosaggio e non utilizza la velocità del robot, come in precedenza. "La regolazione del volume tramite il controller è molto più precisa. Per quanto riguarda il processo, è un grande vantaggio se non è più necessario lavorare sul programma robot. Ciò consente un risparmio di materiale fino al 50% rispetto alle soluzioni convenzionali", ha affermato 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.
Iniezione: fissare prima i moduli, quindi riempire lo spazio
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.
Alcuni produttori hanno deciso di non spingere i moduli della batteria nel composto di trasferimento del calore, ma di iniettare il composto nello spazio vuoto, che viene riempito dalla parte posteriore a quella anteriore. Questo approccio può consentire anche di risparmiare materiale. Il vantaggio principale è che non viene applicata alcuna forza alle sensibili celle della batteria e il rischio di inclusioni di aria o di un serraggio non uniforme sul materiale morbido è ridotto al minimo. Lo svantaggio è che rende impossibile l'ispezione visiva del giunto. Mössner ha aggiunto: "Abbiamo già eseguito alcuni test con l'iniezione di un composto per il trasferimento termico presso il nostro Innovation Center.
In larga misura, la fattibilità dell'utilizzo di questo approccio dipende dal processo del cliente e dal singolo materiale. È necessario utilizzare un composto a bassa viscosità. Se lo spazio è troppo piccolo, potrebbe essere necessario utilizzare una pressione più elevata per l'iniezione, che può anche causare danni alle celle."
Apparecchiatura speciale per la protezione contro l'abrasione
Tutti i composti a trasferimento termico hanno un'elevata concentrazione di materiale di riempimento per garantire il trasferimento del calore. Questi materiali sono generalmente costituiti da ossido di alluminio o idrossido di alluminio, sostanze abrasive che possono causare una rapida usura sulle superfici interne dei componenti dell'impianto. Laddove si prevedono portate particolarmente elevate, ad esempio in corrispondenza delle sedi delle valvole, è possibile utilizzare componenti in carburo. Inoltre, il diametro delle parti deve essere il più grande possibile per ridurre la velocità del flusso. Questo approccio consente di ridurre al minimo l'usura. Per una gestione affidabile e produttiva dei composti a trasferimento termico, sono necessari una pompa e componenti di misurazione affidabili e appositamente progettati. La linea di prodotti SCA offre componenti speciali con la massima durata.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
