Gerenciamento térmico inteligente no processo de junção da bateria para veículos elétricos

A eletromobilidade deve evoluir constantemente para atender às crescentes demandas do mercado em relação à segurança operacional, desempenho, autonomia, tempos de carregamento e custos. Como o coração do veículo, a bateria só pode fornecer seu desempenho máximo dentro de uma faixa de temperatura específica. Cada bateria gera calor durante o carregamento e descarregamento, que deve ser controlado e dissipado para segurança e para manter a capacidade da bateria a longo prazo. Uma pasta térmica é aplicada na bandeja da bateria para evitar o superaquecimento devido ao calor gerado pela operação das células.

Esses materiais altamente viscosos enriquecidos com preenchimentos especiais, também conhecidos como preenchedores de folga ou materiais de interface térmica (TIM), permitem o gerenciamento térmico ativo de grandes baterias dissipando o calor gerado durante o carregamento e descarregamento das células em estruturas de resfriamento apropriadas.

No processo de junção, uma pasta térmica como a TIM é aplicada após a vedação da bandeja da bateria e a montagem do sistema de arrefecimento e dos compartimentos. A aplicação precisa sem bolsas de ar é essencial. A tecnologia de aperto avançada garante um contato ideal entre o alojamento e o módulo da bateria, considerando o comportamento da pasta condutiva na junta.

A aplicação do material líquido em grandes quantidades e com alto fluxo é um desafio. Um sistema de aplicação de alto desempenho é fundamental, com componentes que possam suportar o material abrasivo. Vários padrões de aplicação, como linhas paralelas, meandros ou a chamada aplicação de osso, podem ser usados para promover a prensagem sem bolhas dos módulos na pasta condutiva. São necessários testes extensivos de materiais para desenvolver o padrão de aplicação apropriado. Em nossos Centros de inovação globais, trazemos fabricantes de baterias e equipamentos e fornecedores de materiais juntamente com nossos especialistas para encontrar a aplicação ideal para cada caso específico.

Ao aplicar o material, devem ser consideradas as tolerâncias de encaixe entre o compartimento da bateria e o módulo da célula como contrapartida. As respectivas cadeias de tolerância dos componentes resultam em folgas de 0,5 a 3 mm.
Se for aplicado muito pouco material, isso pode levar a um enchimento insuficiente e a bolsas de ar, o que afeta negativamente a qualidade do gerenciamento térmico.
Os fabricantes geralmente aplicam muito material para garantir que a folga seja preenchida adequadamente, mesmo com tolerâncias máximas, levando ao desperdício de material, ao aumento do peso da bateria e ao aumento dos custos. A compressão do material quando os módulos são apertados juntos também pode causar defeitos técnicos. O objetivo: aplicar o volume do material de maneira precisamente minimizada.

A Atlas Copco depende de um sistema de processamento de imagem industrial upstream em combinação com um algoritmo inteligente, que permite que o sistema de medição aplique o material de interface térmica com precisão. O Smart.Adjust calcula e controla a quantidade ideal de material.
Na primeira etapa, sensores 3D medem a parte inferior do módulo da bateria e a superfície do compartimento da bateria. Os dados de varredura são consolidados no software. Isso permite que as tolerâncias e o volume da coluna sejam calculados com precisão. O algoritmo inteligente determina o volume de material necessário a partir dos dados de varredura e envia as informações diretamente para o controle de linha do sistema de aplicação, que ajusta os parâmetros de acordo com cada aplicação individual, e o volume de material ideal é aplicado. O ajuste preciso do volume é realizado diretamente através do sistema de medição.

Para melhorar o gerenciamento térmico, deve-se prestar atenção ao fornecimento de material, além da aplicação. Os desafios surgem devido às propriedades únicas dos materiais de gerenciamento térmico. A alta densidade muitas vezes deixa os tambores apenas pela metade, necessitando de trocas frequentes de tambor. A ventilação e purga manuais são necessárias após cada troca, resultando na perda de 1,5 a 6 litros de material como resíduos bombeados. Além disso, as bombas convencionais têm dificuldade em esvaziar completamente um tambor, deixando até 6 litros de material em um tambor de 200 litros.
Esse processo complexo consome tempo, desperdiça pasta térmica cara e requer o descarte dispendioso de resíduos de material. Garantir uma qualidade consistente durante todo o processo de distribuição também é um desafio devido às operações manuais.

Para responder a esses desafios, a Atlas Copco inventou uma nova geração de bombas de material, chamada Plus.Supply. Com troca de barril semiautomática, uma recém-projetada placa de seguimento plana e tecnologia de vácuo, a SCA ENSO Plus.Supply é nossa "heroína de pegada de carbono" com 99,4% de uso de material por barril. Uma bomba de vácuo bombeia automaticamente o ar preso entre a placa de seguimento plana e o material, permitindo uma troca de cilindro semiautomática. Processos manuais, como ventilação e enxágue, são eliminados. Isso reduz a complexidade da troca do barril e a quantidade de treinamento necessária evita bolsas de ar no material que podem levar a erros de aplicação e aumenta a segurança do operador. Oferecendo três placas de base diferentes para a Plus.Supply, nós satisfazemos quase todas as necessidades logísticas do fabricante.

Os benefícios mensuráveis são obtidos por um sistema de aplicação inovador que pode considerar as tolerâncias dos componentes e aplicar o material de forma ideal. O papel do suprimento de material é muitas vezes subestimado no gerenciamento térmico. Conceitos inovadores de fornecimento de material oferecem grande alavancagem para economia de materiais e melhorias de processo durante as trocas de barris, além de ajudar a reduzir significativamente as emissões de CO2 no processo de montagem das baterias de veículos elétricos.