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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…

2019/09/10

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、バッテリ組み立て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、多数の電池を電池スタックにしっかりと取り付ける必要があります。電池はとてもデリケートなので、取り付けはとても困難です。接合工程では、熱や力を加えてはなりません。

2C接着剤を使うと、硬化に外部の熱は不要で、接合は剛性や衝突挙動に対する最も厳しい要求に対応します。低弾性接着剤を使うと、稼働時に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/放電時に電池の拡張が若干許容されます。接着剤は、気泡ができないよう、正確に、確実に塗布する必要があります。これは、しっかりと接触し、絶縁するためにも不可欠です。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、電池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、熱や溶接跳ねにより繊細な電池に悪影響を与えるため、この組み立てには適しません。

自己穿孔リベットなどの低温接合技術が、その解決策です。このクリーンで、純粋に機械的な接合工程では、電池に熱を加えないため、有害な蒸気や溶接の跳ねも発生しません。自己穿孔リベットは、アルミニウムやスチールなどの異なる材料の多層を接合でき、接地用の電導性も得られます。接合工程は信頼性が高く、短時間で済みます。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。電池の性能を保護するには、指定された温度範囲内で利用し、過熱を防ぐ必要があります。そのため、熱伝性ペーストを使います。しかし、熱伝導を保証するには、気泡なく接着するのが絶対条件です。液状のギャップ充填剤は大量に塗布されるため、これは極めて困難です。それには、高い精度の計量技術が必要となります。監視機能を追加するのも良いでしょう。たとえば、レーザやカメラベースのシステムでビーズ位置を監視すると、精度が高まります。これにより、塗布エラーを認識して、すぐに修正することができます。そのため、サイクルタイムを短縮して、再作業や品質保証にかかるコストを削減できます。

以上のほか、ギャップ充填剤は磨滅性が高く、分注装置が早期に摩耗することがある点を考慮する必要があります。材料の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、高い生産性で処理できるよう設計する必要があります。

4. モジュールの取り付け:締付け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、トレイ下の液状のギャップ充填ペースト上に取り付ける必要があります。モジュールは、締付けで取り付けます。しかし、ギャップ充填剤のソフトジョイント挙動により、締付けが困難になります。ペーストがすぐにはみ出したり、侵入した空気がそのまま残ったりします。

バッテリモジュールと熱的コンパウンド間にペーストを均等に分布して、完全に密着させるには、締付けプロセスを完全に調整する必要があります。均等な締付けプロセスを実現するため、電子制御のマルチスピンドルソリューションを推奨します。同期して最終締付けを実施すると、サイクル時間を短縮して、トレイに各モジュールを均等に固定できます。最適に密着させるには、プログラム化した締付け方法で液状の電導性ペーストの挙動を考慮する必要があります。

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た後、バッテリ管理システムを取り付け、トレイをシール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。水分があるとバッテリの出力が大幅に低下し、損傷や腐食が生じるおそれがあります。さらに、バッテリから有害なガスが発生して、周囲の人に悪影響を与える可能性があります。内部のスペースをしっかりと密封する必要があります。

それには、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。バッテリを熱に曝すことはできないため、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。さらにホットブチルは、サービス作業時に除去できます。どの材質でも、均等な塗布が必須で、しっかりとシールできるよう、最初の位置と最後の位置にビーズを正確に塗布することが特に重要です。

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、外側からのみカバーにアクセスできるため、接合技術を選択する際に、この点を考慮する必要があります。さらにこの接合は、メンテナンスと分解が簡単にできるよう、取り外しできるようにしておかなければなりません。

このような要件には、フロードリル締付け技術が最適です。ねじを高速で回転して、圧力をかけて材質を温めます。これにより、止め具を材料スタックに貫通させ、工程でねじ切りが可能になります。この接合技術は、複数の材質のスタックに高い効率と柔軟性で対応します。このプロセスは高い信頼性で機械結合でき、リバーシブルで、片側からのみのアクセスで済みます。表面処理は不要です。そのため、金属部品は導電結合され、ファラデー箱を形成して、電磁干渉を防ぎます。