Kontrola temperatury odgrywa bardzo ważną rolę w przypadku akumulatorów wysokiego napięcia używanych w pojazdach elektrycznych. Ogniwa akumulatora mogą zapewnić maksymalną wydajność tylko w określonym zakresie temperatur i nie mogą się przegrzewać. W celu skutecznego przeniesienia ciepła wywołanego działaniem ogniwa do otoczenia na podstawę akumulatora nakładana jest pasta termoprzewodząca. Dowiedz się więcej na temat tego kluczowego kroku w procesie łączenia.
Środki termoprzewodzące umożliwiają aktywne kontrolowanie ciepła dużych akumulatorów używanych w pojazdach elektrycznych. Przekazują one ciepło wytwarzane podczas ładowania i rozładowywania ogniw do odpowiednich elementów chłodzących. Dzięki temu akumulator może pracować w optymalnym zakresie temperatur i nie przegrzewa się. Pozwala to spełnić wymagania rynku nowoczesnych pojazdów elektrycznych pod względem bezpieczeństwa, wydajności, zasięgu i krótkiego czasu ładowania. W procesie łączenia podczas produkcji akumulatorów stosowane są materiały zawierające termicznie przewodzące wypełniacze, co zapobiega uwięzieniu powietrza. Moduły ogniw są następnie umieszczane na materiale ciekłym. Systemy dokręcania firmy Atlas Copco pozwalają uwzględnić zachowanie lepkich związków termoprzewodzących na połączeniach oraz uzyskać równomierne dociśnięcie i optymalny kontakt między obudową a modułem akumulatora.
Definiowanie optymalnego wzorca nakładania
W celu zapewnienia przewodnictwa cieplnego środka konieczne jest jego dokładne nałożenie bez uwięzionego powietrza. To spore wyzwanie, ponieważ środek jest często nakładany w dużych ilościach, przy wysokim natężeniu przepływu. W zależności od procesu łączenia, właściwości materiału i kształtu części dostępne są różne wzorce nakładania zapewniające połączenie modułów bez wtrąceń powietrza. Wzorce te obejmują linie równoległe, faliste lub tworzące zarys kości.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
W celu określenia optymalnego wzorca nakładania w poszczególnych przypadkach wymagane jest przeprowadzenie kompleksowych testów. Eksperci z naszego Centrum Innowacji w Bretten współpracują z producentami akumulatorów i podzespołów, a także dostawcami materiałów.
“Wspólnie opracowujemy odpowiedni proces na ogniwach testowych i dostosowujemy materiały, wyposażenie pomiarowe i proces do określonych wymagań projektu”
Udo Mössner Ekspert ds. montażu akumulatorów firmy Atlas Copco IAS
Ponadto firma Atlas Copco pracuje wraz z renomowanym instytutem badawczym nad nowymi symulacjami, aby określić najlepszy możliwy wzorzec nakładania na podstawie właściwości materiału i siły nacisku. Jest to metoda, która pozwoli zaoszczędzić w przyszłości czas i pieniądze.
Kontrola jakości na linii nakładania wypełniacza szczelin
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Szerokość, położenie i ciągłość ściegu można stale monitorować za pomocą systemu kamer zintegrowanego z głowicą pomiarową. Błędy nakładania, takie jak przerwy w ściegu, są od razu wykrywane i można je skorygować. Nowoczesne systemy firmy Atlas Copco oferują funkcję korekcji ściegu, która umożliwia automatyczne usuwanie luk. Pozwala to skrócić czas trwania cyklu i obniżyć koszty związane z przeróbkami oraz zapewnianiem odpowiedniej jakości.
Kompensacja tolerancji: wystarczająca, lecz nie nadmierna ilość środka
Ekonomiczne stosowanie środków termoprzewodzących nie tylko zapewnia efektywność termiczną, ale także pozwala obniżyć koszty. Jednak podczas dozowania materiału należy uwzględnić tolerancje pasowania pomiędzy podstawą akumulatora i modułem ogniwa. Tolerancje różnych części powodują, że przerwy mogą wynosić od 0,5 do nawet 3 mm. W procesie produkcji często stosuje się zbyt dużo materiału, aby zapewnić odpowiednie wypełnienie szczeliny nawet w przypadku osiągnięcia maksymalnej tolerancji. W związku z tym wielu producentów, wykonawców prac budowlanych i specjalistów ds. pomiarów głowi się, jak zapewnić precyzyjne dozowanie wymaganej ilości materiału. Eksperci z firmy Atlas Copco opracowują rozwiązanie do pomiaru obudowy i ogniw oraz dokładnego określania tolerancji szczelin między poszczególnymi elementami za pomocą skanera 3D. W ten sposób można obliczyć ilość materiału wymaganą do precyzyjnego wypełnienia szczeliny. Objętość jest następnie precyzyjnie kontrolowana przez system pomiarowy, a nie w oparciu o prędkość pracy robota, jak to miało miejsce poprzednio. „Regulacja objętości za pomocą sterownika jest dużo bardziej precyzyjna. Nie trzeba już pracować z programem robota, co jest bardzo korzystne. Pozwala to na oszczędność materiałów nawet o 50% w porównaniu z rozwiązaniami konwencjonalnymi” — powiedział Mössner.
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.
Wtrysk: najpierw należy zamontować moduły, a następnie wypełnić szczelinę
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.
Niektórzy producenci zdecydowali się nie dociskać modułów akumulatora do środka termoprzewodzącego, ale wtryskiwać środek do szczeliny. Szczelina jest wypełniana od tyłu do przodu. Takie podejście pozwala również oszczędzać materiał. Główną zaletą jest to, że na wrażliwe ogniwa akumulatora nie jest wywierana siła, a ryzyko uwięzienia powietrza lub nierównomiernego dokręcenia do miękkiego materiału jest minimalne. Wadą jest brak możliwości kontroli wzrokowej połączenia. Mössner dodał:„Przeprowadziliśmy już kilka testów wtryskiwania środka termoprzewodzącego w naszym Centrum Innowacji.
Przydatność tego podejścia w bardzo dużym stopniu zależy od procesu klienta i danego materiału. Trzeba stosować środki o niskiej lepkości. Jeśli szczelina jest zbyt mała, może być konieczne zastosowanie większego ciśnienia wtryskiwania, co może również spowodować uszkodzenie ogniw”.
Wyposażenie specjalne chroniące przed ścieraniem
Wszystkie środki termoprzewodzące charakteryzują się wysokim stężeniem wypełniacza, co zapewnia sprawne przekazywanie ciepła. Wypełniacze te zwykle składają się z tlenku glinu lub wodorotlenku glinu, substancji ściernych, które mogą powodować szybkie zużycie wewnętrznych powierzchni urządzeń używanych w zakładzie. Jeśli wymagane są szczególnie duże prędkości przepływu, na przykład w gniazdach zaworów, można stosować elementy węglikowe. Ponadto, aby zmniejszyć prędkość przepływu, średnica części powinna być jak największa. Takie podejście pozwala zminimalizować zużycie. Do niezawodnej i wydajnej pracy ze środkami termoprzewodzącymi potrzebne są wytrzymałe, specjalnie zaprojektowane pompy i elementy systemu pomiarowego. Gama produktów SCA obejmuje takie elementy specjalne o maksymalnej trwałości.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
