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EVバッテリ接合について知っておくべき6つの事項

高圧のEVバッテリパック組立工程は、バッテリの性能、安全性、耐久性に大きな影響を与えます。バッテリ製造の特殊な要件を満たし、接合工程の効率を高めるには、適切な接合技術の選択が不可欠です。そのため、以下について知っておくべきです…

2021/03/19

フロードリルファスニング 自動車産業 産業用ツールとソリューション 締結ソリューション セルフピアスリベット ディスペンシング ソリューション 取扱製品一覧 記事 接合ソリューション

エレクトロモビリティソリューション

アトラスコプコは、バッテリ組立の革新的な接合技術と幅広い専門知識を備えた、エレクトロモビリティ分野の戦略的パートナーです。ビデオをご覧いただき、アトラスコプコのバッテリ製造ソリューションの詳細をご確認ください。


1. 電池間結合:結合時に気泡があると安全問題に発展


必要なエネルギーを供給するために、角柱バッテリセルをセルスタックにしっかりと取り付ける必要があります。セルは大変デリケートなため、取り付けは非常に困難です。接合工程で熱や力を加えることはできません。

2C接着剤接合を使用すると、硬化に外部の熱が不要で、接合部は剛性や衝突挙動に対する最も厳しい要求に適合します。低弾性接着剤を使うと、稼働時の振動が吸収されるため、バッテリ寿命が延長されます。また、充電/放電時のセルの拡張が若干許容されます。接着剤は正確かつ確実に塗布し、気泡の発生を防ぐ必要があります。これはセルをしっかりと密着させ、絶縁するためにも重要です。気泡ができると、衝突時に短絡を起こすおそれがあり、高圧システムでは安全面で大きな問題となります。

2. 電池スタックの強化:低温接合


衝突時にバッテリを保護するため、セルスタックを横方向の支持具で補強します。スポット溶接などの一般的な接合技術は、熱や溶接スパッタにより繊細なセルに悪影響を与えるため、この組立には適しません。

解決策として、自己穿孔リベットなどの低温接合技術があります。このクリーンで純粋に機械的な接合工程では、セルに熱が加えられず、有害な蒸気や溶接スパッタも発生しません。自己穿孔リベットは、アルミニウムやスチールなど異種素材の多層接合が可能で、アース用の電導性も得られます。接合工程は信頼性が高く、短時間で施工できます。そのため、設計の自由度と安全性が高まり、生産性を高いレベルで維持できます。

3. ギャップ充填剤:困難な熱伝導性ペーストの分注


バッテリ製造最大の課題は、温度管理です。バッテリセルの性能を保護し、過熱を防ぐには、指定された温度範囲内で稼働させる必要があります。このため熱伝性ペーストを使用しますが、熱伝導を確保するには、気泡を発生させずに接着するのが絶対条件です。液状のギャップフィラー材料を大量に塗布するため、これは大変困難であり、高い精度の計量技術が必要とされます。追加の監視機能も有効です。レーザーやカメラベースのシステムなどでビード位置を監視することで精度が高まり、塗布エラーを認識して即座に修正することができます。これらによりサイクルタイムを短縮して、再加工や品質保証にかかるコストを削減することができます。
ギャップフィラー材料は研磨性が高く、装置が早期に摩耗することも考慮する必要があります。材料供給や計量などのシステムコンポーネントは、取り扱いが難しい材料を大量に、かつ高い生産性で処理できるように設計する必要があります。

4. モジュールの取り付け:締付の調整が必要なソフトジョイント


バッテリモジュールは、トレイ底部の液状ギャップフィラーペースト上に取り付ける必要があります。モジュールは締付により取り付けます。しかし、ギャップフィラーの柔らかい接合動作は困難です。ペーストがすぐにはみ出したり、侵入した空気が残ることがあります。

バッテリモジュールとサーマルコンパウンド間にペーストを均一に配分して完全に密着させるには、締付工程が完全に制御可能でなければなりません。均等な締付工程を実現するために、電子制御のマルチスピンドルソリューションが推奨されます。同期して最終締付を実施すると、サイクルタイムを短縮してトレイに各モジュールを均等に固定できます。液状の電導性ペーストの挙動を考慮して最適に密着させるには、プログラム化された締付方式が必要です。

5. カバーのシーリング:水分とガスからの保護が必須


全モジュールをしっかりと固定し、バッテリ管理システムを取り付けた後、トレイを密封する必要があります。水分の侵入を防ぐことは絶対条件です。水分によりバッテリの出力が大幅に低下し、損傷や腐食が発生するおそれもあります。さらに、バッテリから有害なガスが発生して、周囲の人に害を及ぼす可能性があるため、内部スペースを内側と外側から、完全に密封する必要があります。

このために、シーリング剤を高い精度で途切れなく塗布することが重要です。シーリング剤はカバー、またはトレイに塗布します。バッテリは熱にさらすことができないため、1Cホットブチル、2Cポリウレタン、2Cシリコーンなどの材質が最適です。これらの材質にオーブン硬化は不要です。ホットブチルは修理作業時に除去することもできます。どの材質も均一な塗布が必要で、特にビードの最初と最後を正確に塗布して、しっかりと密封することが重要です。

6. カバーとトレイの接合:サービス性を高めるため、リバーシブルな接合が必要


最後に、ハウジングにカバーを取り付けます。この段階ではハウジングに外側からしかアクセスできないため、接合技術を選択する際にはこの点を考慮する必要があります。この接合は、メンテナンスと分解が容易にできるように、取り外し可能にする必要もあります。

これらの要件には、フロードリル締付技術が最適です。スクリュを高速で回転させ、圧力をかけて材料を温めます。この技術はファスナーを材料スタックに貫通させ、工程中にねじ切りが可能です。高い効率と柔軟性で、複合材のスタックに対応するこの接合技術は、信頼性に優れた機械的接合が可能です。工程はリバーシブルで片側からのアクセスのみで完了し、表面処理は不要です。金属部品は導電接合されてファラデーケージを形成し、電磁干渉を防ぎます。