온도 관리는 전기차의 고전압 배터리에 중요한 역할을 합니다. 배터리 셀은 특정 온도 범위 내에서만 최대 성능을 제공할 수 있으며 과열되면 안 됩니다. 셀 기능으로 인해 발생하는 열을 주변으로 효과적으로 전달하기 위해 배터리 트레이에 갭필러를 도포합니다. 접합 공정의 이 중요한 단계에 대해 자세히 알아보십시오.
열 전달 화합물 또는 갭 필러는 전기차에 사용되는 대형 배터리 팩의 능동적 열 관리를 지원합니다. 셀의 충전 및 방전 때문에 발생한 열을 적절한 냉각 구조로 전달합니다. 이렇게 하면 배터리가 최적의 온도 범위에서 작동하고 과열되지 않습니다. 이는 안전성, 성능, 주행거리 및 짧은 충전 시간 등 최신 전기차가 직면한 시장 요구 사항을 충족하기 위해 매우 중요합니다. 배터리 어셈블리 공정에서 열 전도성 필러가 포함된 갭필러가 배터리 트레이에 고정밀로 도포하여 공기가 포함되지 않도록 합니다. 그런 다음 도포된 재료 위로 배터리셀 유닛을 장착합니다. 아트라스콥코의 체결 시스템은 접합부에서 점성 갭 필러의 거동을 고려하고, 화합물을 균일한 층으로 눌러 하우징과 배터리 모듈 사이의 접촉을 최적화합니다.
최적의 도포 패턴 정의하기
화합물의 열 전도성을 보장하기 위해서는 공기 포함 없이 정밀하게 애플리케이션을 도포하는 것이 필수적입니다. 갭 필러는 높은 유속으로 대량으로 도포되는 경우가 많기 때문에 어려운 과제입니다. 접합 공정, 재료 특성 및 부품의 형태에 따라 모듈이 공기 포함 없이 화합물에 접합되도록 하기 위해 다양한 애플리케이션 패턴을 사용할 수 있습니다. 이러한 패턴에는 평행선, 구불구불한 모양 또는 뼈 모양의 도포 패턴이 포함됩니다.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
각 경우에 최적의 도포 패턴을 정의하기 위해서는 일반적으로 종합적인 테스트가 필요합니다. 독일 브레튼의 이노베이션 센터에서는 접합 전문가들이 배터리 제조업체, 장비 생산업체, 재료 공급업체와 함께합니다.
“아트라스콥코는 테스트 셀에 적합한 공정을 개발하고 재료, 미터링 장비 및 공정을 프로젝트의 특정 요구 사항에 맞게 조정합니다.”
Udo Mössner 아트라스콥코 IAS의 배터리 접합 전문가
아트라스콥코는 유명 연구 기관과 협력하여 재료 특성과 가압력을 기반으로 최상의 도포 패턴을 결정하기 위한 새로운 시뮬레이션도 개발하고 있습니다. 이는 향후 시간과 비용을 절약할 수 있는 방법입니다.
갭 필러 애플리케이션의 인라인 품질 모니터링
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
비드의 폭, 위치 및 연속성은 미터링 헤드에 통합된 카메라 센서 시스템을 통해 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 접착제 비드의 갭과 같은 애플리케이션 오류를 즉시 감지하여 수정할 수 있습니다. 아트라스콥코의 최신 비전 시스템은 비드의 갭을 자동으로 메우기 위한 비드 보정 기능을 제공합니다. 이를 통해 사이클 타임을 단축하고 재작업 및 품질 보증 비용을 줄일 수 있습니다.
공차 보정: 필요한 만큼만, 가능한 한 적게
열 전달 화합물을 경제적으로 사용하면 열 효율뿐만 아니라 비용도 절감할 수 있습니다. 그러나 재료를 도포할 때는 배터리 트레이와 셀 모듈 사이의 장착 공차를 고려해야 합니다. 다양한 부품의 공차로 인해 0.5 ~ 3mm의 간격이 발생할 수 있습니다. 생산 공정에서 제조업체는 최대 허용 오차에 도달하더라도 갭이 최대한 채워질 수 있도록 너무 많은 재료를 도포하는 경우가 많습니다. 따라서 많은 제조업체, 라인 빌더 및 미터링 전문가들은 필요한 재료의 양을 정확하게 도포하기 위해 집중적으로 노력하고 있습니다. 아트라스콥코의 전문가는 3D 스캐너를 사용하여 하우징과 셀의 측정하고 각 구성 부품 조합 사이의 공차를 정밀하게 측정하는 솔루션을 개발하고 있습니다. 이렇게 하면 간격을 정확하게 메우는 데 필요한 재료의 양을 계산할 수 있습니다. 그런 다음 이전처럼 로봇 속도를 사용하지 않고 미터링 시스템에 의해 볼륨을 정밀하게 제어합니다. “컨트롤러를 사용한 볼륨 조정은 훨씬 더 정확합니다. 공정에서 더 이상 로봇 프로그램을 작업할 필요가 없다는 점이 큰 장점입니다. 이를 통해 기존 솔루션에 비해 최대 50%의 재료 절감 효과를 얻을 수 있습니다."라고 Mössner는 말합니다.
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.
주입: 모듈을 고정한 다음 갭을 채웁니다.
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.
일부 제조업체는 배터리 모듈을 열 전달 화합물에 눌러 얹는 대신 그 틈새에 주입하는 방법을 택했습니다. 이 갭은 뒤에서 앞으로 채워집니다. 이 접근 방식은 재료를 절약할 수도 있습니다. 가장 큰 장점은 민감한 배터리 셀에 힘이 가해지지 않고 부드러운 갭 필러에 공기가 포함되거나 고르지 않게 체결될 위험이 최소화된다는 것입니다. 단점은 접합부의 육안 검사가 불가능하다는 것입니다. Mössner는 "이미 이노베이션 센터에서 열전달 화합물을 주입하여 몇 가지 테스트를 수행했습니다.
이 접근 방식의 사용 가능성은 고객의 공정 및 재료에 따라 크게 달라집니다. 점도가 낮은 화합물이 필수입니다. 간격이 너무 작으면 주입 시 더 높은 압력을 사용해야 할 수 있으며, 이로 인해 셀이 손상될 수도 있습니다."라고 덧붙였습니다.
마모를 방지하는 특수 장비
모든 열 전달 화합물은 열 전달을 보장하기 위해 필러 농도가 높습니다. 필러는 일반적으로 연마성 물질인 산화 알루미늄 또는 수산화 알루미늄으로 구성되며, 장비 부품의 내부 표면을 빠르게 마모시킬 수 있습니다. 특히 밸브 시트와 같이 높은 유속이 예상되는 곳에서는 카바이드 부품을 사용할 수 있습니다. 또한 유속을 줄이기 위해 부품의 직경이 가능한 한 커야 합니다. 이러한 접근 방식을 통해 마모를 최소화할 수 있습니다. 열 전달 화합물을 안정적이고 생산적으로 취급하려면 견고하고 특수 설계된 펌프 및 미터링 부품이 필요합니다. SCA 제품 라인은 내구성을 극대화한 특수 부품을 제공합니다.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
