O gerenciamento de temperatura desempenha um papel fundamental para as baterias de alta tensão de veículos elétricos. As células da bateria só podem fornecer desempenho máximo dentro de uma determinada faixa de temperatura e não devem superaquecer. Para transferir efetivamente o calor causado pela operação da célula para o entorno, um composto térmico é aplicado à bandeja da bateria. Saiba mais sobre esta etapa crítica no processo de junção.
Os compostos de transferência de calor fornecem suporte para o gerenciamento térmico ativo de grandes baterias usadas em veículos elétricos. Eles transferem o calor causado pelo carregamento e descarregamento das células para estruturas de resfriamento apropriadas. Dessa forma, a bateria pode operar em sua faixa de temperatura ideal e não superaquecer. Isso é importante para atender aos requisitos de mercado enfrentados pelos veículos elétricos modernos em termos de segurança, desempenho, autonomia e tempos de carregamento curtos. Durante o processo de junção na produção de bateria, um material contendo preenchedores termicamente condutivos é aplicado à bandeja da bateria com alta precisão, evitando inclusões de ar. As unidades de célula são então instaladas no material líquido. Os sistemas de aperto da Atlas Copco podem levar em conta o comportamento de compostos viscosos de transferência de calor na junta, pressionar os compostos no lugar em uma camada uniforme e garantir um contato ideal entre o corpo e o módulo da bateria.
Definição do padrão de aplicação ideal
Para garantir a condutividade térmica do composto, a aplicação precisa sem inclusões de ar é essencial. Isso é um desafio porque o composto é geralmente aplicado em grandes quantidades a uma alta taxa de fluxo. Dependendo do processo de junção, as propriedades do material e a forma das peças, há vários padrões de aplicação disponíveis para garantir que os módulos sejam unidos ao composto sem nenhuma inclusão de ar. Esses padrões incluem linhas paralelas, variáveis ou um padrão de aplicação em forma de osso.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Normalmente, são necessários testes abrangentes para definir o padrão de aplicação ideal em cada caso. Em nosso Centro de Inovação em Bretten, reunimos fabricantes de baterias, fabricantes de equipamentos e fornecedores de materiais com nossos especialistas de junção.
“Juntos, desenvolvemos o processo certo nas células de teste e ajustamos o material, o equipamento de medição e o processo de acordo com os requisitos específicos do projeto”
Udo Mössner especialista em junção de bateria na divisão IAS da Atlas Copco
Em cooperação com um renomado instituto de pesquisa, a Atlas Copco também está trabalhando em novas simulações para determinar o melhor padrão de aplicação possível com base nas propriedades do material e forças de pressão. Esse é um método que pode economizar tempo e dinheiro no futuro.
Monitoramento de qualidade em linha da aplicação de preenchimento de espaços
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
A largura, a posição e a continuidade do filete podem ser continuamente monitoradas por um sistema de sensor de câmera integrado na cabeça de medição. Erros de aplicação, como espaços no filete adesivo, são detectados imediatamente e podem ser corrigidos. Os sistemas modernos da Atlas Copco oferecem uma função de correção de filete para corrigir automaticamente os espaços no composto. Isso mantém o tempo de ciclo curto e reduz as despesas de retrabalho e de garantia de qualidade.
Compensação de tolerâncias: o máximo necessário, o mínimo possível
O uso econômico de compostos de transferência de calor não é apenas termicamente eficiente, mas também economiza custos. No entanto, ao dosar o material, é essencial levar em conta as tolerâncias no ajuste entre a bandeja da bateria e o módulo da célula. As tolerâncias nas várias partes resultam em espaços entre 0,5 e 3 mm. No processo de produção, os fabricantes geralmente aplicam muito material para garantir que os espaços sejam devidamente preenchidos, mesmo que as tolerâncias máximas forem atingidas. Muitos fabricantes, empreiteiros de construção de fábricas e especialistas em medição estão, portanto, trabalhando intensamente para garantir que a quantidade precisa de material necessário seja aplicada. Os especialistas da Atlas Copco estão desenvolvendo uma solução para a medição da carcaça e das células e a determinação precisa das tolerâncias nos espaços entre cada combinação de componentes usando um leitor 3D. Dessa forma, a quantidade de material necessária para preencher precisamente os espaços pode ser calculada. O volume é então controlado com precisão pelo sistema de medição e não usa a velocidade do robô, como anteriormente. "O ajuste de volume usando o controlador é muito mais preciso. Em relação ao processo, é um grande benefício se você não precisar mais trabalhar no programa de robôs. Isso permite uma economia de material de até 50% em comparação com as soluções convencionais", disse 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.
Injeção: primeiro, fixe os módulos e, em seguida, preencha os espaços
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.
Alguns fabricantes decidiram não pressionar os módulos da bateria no composto de transferência de calor, mas injetar o composto no espaço. O espaço é preenchido de trás para frente. Essa abordagem também pode economizar material. A principal vantagem é que nenhuma força é aplicada às células sensíveis da bateria e o risco de inclusões de ar ou aperto desigual no material macio é minimizado. A desvantagem é que a inspeção visual da junta não é possível. Mössner acrescentou: “Já realizamos alguns testes com a injeção de composto de transferência de calor em nosso Centro de Inovação.
Em grande parte, a viabilidade de usar essa abordagem depende do processo do cliente e do material individual. Um composto de baixa viscosidade deve ser usado. Se o espaço for muito pequeno, pode ser necessário usar uma pressão mais alta para injeção, o que também pode causar danos às células."
Equipamento especial para proteção contra abrasão
Todos os compostos de transferência de calor têm uma alta concentração de preenchimento para garantir a transferência de calor. Esses preenchedores geralmente consistem em óxido de alumínio ou hidróxido de alumínio, substâncias abrasivas que podem causar um rápido desgaste nas superfícies internas dos componentes da fábrica. Onde se espera taxas de fluxo especialmente altas, por exemplo, em assentos de válvulas, componentes de carboneto podem ser usados. Além disso, o diâmetro das peças deve ser o maior possível para reduzir a velocidade de fluxo. Essa abordagem permite que o desgaste seja minimizado. Para um manuseio confiável e produtivo de compostos de transferência de calor, são necessários componentes de medição e bomba robustos, especialmente projetados. A linha de produtos SCA oferece componentes especiais com durabilidade máxima.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
