電気自動車のバッテリ接合プロセスにおけるインテリジェントサーマルマネージメント

電気自動車は、運転の安全性、性能、航続距離、充電時間、コストに関する市場の高まる要求に応えるために常に進化する必要があります。車両の中心となるバッテリは、特定の温度範囲内でのみ最高の性能を発揮します。あらゆるバッテリは、充電中および放電中に熱を発生しますが、安全のために制御および放散し、長期的なバッテリ容量を維持する必要があります。セルの動作によって発生する熱による過熱を防ぐため、バッテリトレイに放熱ペーストを塗布します。

ギャップフィラーまたは熱伝導材料（TIM）とも呼ばれる特殊フィラーを配合したこれらの高粘性材料は、セルの充電中および放電中に発生した熱を適切な冷却構造に放散することによって、大型バッテリパックの有効なサーマルマネージメントが可能になります。

接合プロセスでは、バッテリトレイをシーリングし、冷却システムとコンパートメントを組み立てた後に、TIMなどの熱コンパウンドを塗布します。エアポケットがないように正確に塗布することが重要です。高度な締付技術により、ジョイント部の導電ペーストの動作を考慮して、ハウジングとバッテリモジュールの接触が最適化されます。

液体材料を大量かつ高流量で塗布することは困難です。研磨材に耐えられるコンポーネントを使用し、高性能塗布システムが不可欠です。平行線、蛇行、いわゆるボーン塗布など、さまざまな塗布パターンを使用して、モジュールを気泡のない状態で導電ペーストを押し出すことができます。適切な塗布パターンを開発するには、広範な材料試験が必要です。当社のグローバルイノベーションセンターでは、バッテリメーカー、機器メーカー、材料メーカーと当社の接合専門家が協力し、それぞれのケースに最適な塗布を見つけることができます。

材料を塗布する際は、対応するバッテリコンパートメントとセルモジュールの間の嵌め合いの公差を考慮する必要があります。構成部品のそれぞれの公差の積み重ねで、0.5～3 mmの隙が生じます。
材料が少なすぎると充填が不十分になり、エアポケットの原因となり、サーマルマネージメントの品質に悪影響を与える可能性があります。
メーカーは通常、ギャップが十分に満たされていることを保証するために過剰な材料を使用し、最大公差で無駄な材料を使用したり、バッテリの重さを増やしたり、コストを増加させたりします。モジュールを一緒に締め付けるときに材料が不足していると、技術的な不具合が発生する可能性があります。目標は、材料の量を正確に最小化するやり方で塗布します。

アトラスコプコは、上流の産業用画像処理システムとインテリジェントなアルゴリズムを組み合わせることで、計量システムが熱伝導材料を正確に塗布できるようにします。Smart.Adjustは、最適な量の材料を計算して制御します。
最初のステップでは、3Dセンサがバッテリモジュールの底面とバッテリコンパートメントの表面を測定します。スキャンデータはソフトウェアにマージされます。これにより、公差と列の体積を正確に計算できます。インテリジェントアルゴリズムは、スキャンデータから必要な材料の量を決定し、その情報を塗布システムのライン制御に直接送信します。これにより、個々の塗布に応じてパラメータが調整され、最適な材料の量が塗布されます。量の正確な調整は、計量システムを介して直接実行されます。

サーマルマネージメントを改善するために、塗布に加えて材料供給にも注意を払う必要があります。熱管理材料独自の特性により課題が生じます。高密度ではドラムが半分しか満たされないことが多く、頻繁にドラムを交換する必要があります。変更後は、毎回手動で排気およびパージする必要があり、ポンプオン廃棄物として1.5～6リットルの材料が失われます。さらに、従来のポンプではドラムを完全に空にするのに苦労しており、200リットルのバレルに最大6リットルの材料が残ります。
この複雑なプロセスは、時間を消費し、高価な放熱ペーストを無駄にし、費用をかけて材料を廃棄する必要があります。接着プロセス全体で一貫した品質を確保することも、手動操作のために困難です。

これらの課題に対応するために、アトラスコプコは、Plus.Supplyという新世代の材料ポンプを開発しました。半自動バレル交換、新しく設計されたフラットフォロワプレート、および真空技術を備えたSCA ENSO Plus.Supplyは、「カーボンフットプリントヒーロー」であり、バレル当たりの材料使用量99.4%を達成しています。真空ポンプは、フラットフォロワプレートと材料の間に閉じ込められた空気を自動的に排出し、半自動バレル交換を可能にします。通気やすすぎなどの手作業は必要ありません。これにより、バレル交換の複雑さが軽減され、必要なトレーニング量が減るため、塗布の不具合の原因となる材料内のエアポケットが回避され、作業者の安全性が向上します。Plus.Supply用に3種類のベースプレートを提供しており、ほぼすべてのメーカーの物流ニーズに対応しています。

コンポーネントの公差を考慮し、材料を最適に塗布できる革新的な塗布システムによって、測定可能な利点が得られます。多くの場合、サーマルマネージメントにおける材料供給の役割は過小評価されます。革新的な材料供給の概念は、バレル変更時の材料の節約とプロセス改善に大きな力を発揮し、EVバッテリアッセンブリプロセスにおけるCO2排出量の大幅な削減にも役立ちます。