Gestione termica intelligente nel processo di giunzione della batteria dei veicoli elettrici

L'elettromobilità deve evolversi costantemente per soddisfare le crescenti richieste del mercato relative a sicurezza operativa, prestazioni, autonomia, tempi di ricarica e costi. Quale cuore del veicolo, la batteria è in grado di fornire le massime prestazioni solo entro una specifica gamma di temperatura. Ogni batteria durante la ricarica e lo scaricamento genera calore, che deve essere controllato e dissipato per garantire la sicurezza e per mantenere la funzionalità della batteria a lungo termine. Nel contenitore della batteria viene applicata una pasta termica per evitare il surriscaldamento dovuto al calore generato dal funzionamento delle celle.

Questi materiali altamente viscosi arricchiti di filler speciali, noti anche come riempitivi di spazi o materiali di interfaccia termica (TIM), consentono la gestione termica attiva di batterie grandi, dissipando il calore generato durante la carica e lo scaricamento delle celle in strutture di raffreddamento appropriate.

Durante il processo di giunzione, viene applicato un composto termico come materiale di interfaccia termica dopo aver sigillato il contenitore della batteria e montato il sistema di raffreddamento e i vani. L'applicazione eseguita con precisione e senza sacche d'aria è essenziale. La tecnologia di serraggio avanzata garantisce un contatto ottimale tra l'alloggiamento e il modulo batteria, considerando il comportamento della pasta conduttiva in corrispondenza del giunto.

L'applicazione di materiale liquido in grandi quantità e con un flusso elevato è difficile. Un sistema di applicazione ad alte prestazioni è fondamentale, con componenti in grado di resistere al materiale abrasivo. È possibile utilizzare vari schemi di applicazione, come linee parallele, a zig-zag o la cosiddetta applicazione a forma di osso, per agevolare la pressione senza bolle dei moduli sulla pasta conduttiva. Per sviluppare il modello di applicazione appropriato, sono necessari numerosi test sui materiali. Nei nostri Innovation Center globali, offriamo ai produttori di batterie e apparecchiature e ai fornitori di materiali, la collaborazione con i nostri esperti per trovare l'applicazione ottimale per ogni specifico caso.

Quando si applica il materiale, è necessario tenere in considerazione le tolleranze di adattamento tra il vano batteria e il modulo celle quale controparte. Le rispettive catene di tolleranza dei componenti determinano giochi compresi tra 0,5 e 3 mm.
L'applicazione di una quantità scarsa di materiale può produrre un riempimento insufficiente e sacche d'aria, con effetti negativi sulla qualità della gestione termica.
I produttori in genere applicano una quantità eccessiva di materiale per garantire che il gioco sia adeguatamente riempito anche alle tolleranze massime, con conseguente spreco di materiale, aumento del peso della batteria nonché dei costi. Anche la compressione del materiale quando i moduli vengono serrati insieme può causare difetti tecnici. Obiettivo: applicare il volume del materiale in modo preciso e limitato.

Atlas Copco si affida a un sistema di elaborazione delle immagini industriale in combinazione con un algoritmo intelligente, che consente al sistema di dosaggio di applicare con precisione il materiale di interfaccia termica. Smart.Adjust calcola e controlla la quantità ottimale di materiale.
Nella prima fase, i sensori 3D misurano la parte inferiore del modulo batteria e la superficie del vano batteria. I dati di scansione vengono uniti nel software per calcolare con precisione le tolleranze e il volume della colonna. L'algoritmo intelligente determina il volume del materiale richiesto dai dati di scansione e invia le informazioni direttamente al controllo della linea del sistema applicativo, che regola i parametri di conseguenza per ogni singola applicazione, applicando il volume del materiale ottimale. La regolazione precisa del volume viene eseguita direttamente tramite il sistema di dosaggio.

Per migliorare la gestione termica, è necessario prestare attenzione alla fornitura dei materiali oltre all'applicazione. Le sfide sorgono a causa delle proprietà specifiche dei materiali per la gestione termica. L'alta densità spesso lascia i tamburi pieni solo per metà e ne richiede frequentemente la sostituzione. Dopo ogni sostituzione sono necessari lo sfiato manuale e lo spurgo, che provocano una perdita del materiale come rifiuto del pompaggio compresa tra 1,5 e 6 litri. Inoltre, le pompe tradizionali faticano a svuotare completamente un tamburo, tralasciando fino a 6 litri di materiale in un fusto da 200 litri.
Questo complesso processo richiede tempo, spreca costose paste termiche e richiede un costoso smaltimento dei residui di materiale. È difficile anche garantire una qualità costante durante tutto il processo di erogazione a causa delle operazioni manuali.

Per rispondere a queste sfide, Atlas Copco ha inventato una nuova generazione di pompe per materiali, dal nome Plus.Supply. Con la sostituzione della camera semiautomatica, una piastra flottante piatta di nuova progettazione e la tecnologia del vuoto, SCA ENSO Plus.Supply è la nostra "eroina dell'impronta di carbonio" con il 99,4% di utilizzo di materiale per camera. Una pompa per vuoto che pompa automaticamente l'aria intrappolata tra la piastra flottante piatta e il materiale, consentendo una sostituzione della camera semiautomatica. I processi manuali come lo sfiato e il risciacquo non sono più necessari. In questo modo si riduce la complessità della sostituzione della camera e la necessità di formare l'operatore, si evita la formazione delle sacche d'aria nel materiale che possono causare errori di applicazione e aumenta la sicurezza dell'operatore. Con tre diverse piastre di base per Plus.Supply, siamo in grado di soddisfare quasi tutte le esigenze logistiche dei produttori.

I vantaggi misurabili si riscontrano grazie a un innovativo sistema applicativo in grado di tenere conto delle tolleranze dei componenti e di applicare il materiale in modo ottimale. Il ruolo di fornitura dei materiali è spesso sottovalutato nella gestione termica. I concept innovativi per la fornitura di materiali offrono un notevole valore per il risparmio di materiali e il miglioramento dei processi durante la sostituzione della camera, contribuendo inoltre a ridurre significativamente le emissioni di CO2 nel processo di assemblaggio delle batterie per veicoli elettrici.