Temperaturregleringen spelar en viktig roll för högspänningsbatterierna i elektriska fordon. Battericeller kan endast ge maximala prestanda inom ett visst temperaturområde och får inte överhettas. För att effektivt överföra den värme som orsakas av celldrift till omgivningen, appliceras en termisk förening på batteritråget. Läs mer om detta viktiga steg i förbindningsprocessen.
Värmeöverföringsmaterial ger stöd för aktiv termisk hantering av stora batterier som används i elektriska fordon. De överför den värme som alstras när cellerna laddas och laddas ur, till anpassade kylstrukturer. På så sätt kan batteriet användas i ett optimalt temperaturintervall och kan inte överhettas. Detta är viktigt för att möta marknadens krav på moderna elektriska fordon vad gäller säkerhet, prestanda, räckvidd och korta laddningstider. Under batteriproduktionens förbindningsprocess appliceras ett material som innehåller termiskt ledande fyllmedel på batteritråget med hög precision så att luftinneslutningar undviks. Cellenheterna monteras sedan på det flytande materialet. Atlas Copcos åtdragningssystem kan ta hänsyn till beteendet hos det viskösa värmeöverföringsmaterialet på fogen, pressa materialet på plats i ett jämnt lager och säkerställa optimal kontakt mellan höljet och batterimodulen.
Definiera det optimala appliceringsmönstret
För att säkerställa blandningens värmeledningsförmåga är det viktigt med precision utan luftinneslutningar. Det här är en utmaning eftersom sammansättningen ofta appliceras i stora mängder med en hög flödeshastighet. Beroende på sammanfogningsprocessen, materialegenskaperna och delarnas form finns det olika appliceringsmönster för att säkerställa att modulerna binds till blandningen utan luftinneslutningar. Dessa mönster inkluderar parallella linjer, nivåindelning eller ett benformat appliceringsmönster.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Omfattande testning krävs normalt för att definiera det optimala appliceringsmönstret i respektive fall. I vårt innovationscenter i Bretten för vi samman batteritillverkare, tillverkare av utrustning och materialleverantörer med våra experter på sammanfogning.
“Tillsammans utvecklar vi rätt process i testcellerna och justerar material, mätutrustning och processer efter projektets specifika krav”
Udo Mössner Expert på batterisammanfogning på Atlas Copco IAS
I samarbete med ett välkänt forskningsinstitut arbetar Atlas Copco också med nya simuleringar för att fastställa bästa möjliga appliceringsmönster utifrån materialegenskaper och presskrafter. Det här är en metod som kan spara tid och pengar i framtiden.
Kvalitetsövervakning på linjen för spaltfyllningsapplicering
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Strängens bredd, placering och kontinuitet kan övervakas kontinuerligt av ett kamerasensorsystem som är integrerat i mäthuvudet. Appliceringsfel som t.ex. mellanrum i den adhesiva strängen upptäcks omedelbart och kan sedan korrigeras. Moderna system från Atlas Copco erbjuder en funktion för korrigering som automatiskt åtgärdar eventuella luckor i materialet. Det håller cykeltiden kort och minskar kostnaderna för omarbetningar och kvalitetskontroller.
Kompensering för toleranser: så mycket som behövs, så lite som möjligt
Den ekonomiska användningen av värmeöverföringsmaterial är inte bara termiskt effektiv utan sparar också kostnader. Vid dosering av materialet är det dock viktigt att ta hänsyn till toleranserna mellan batteritråget och cellmodulen. Toleranserna för de olika delarna resulterar i mellanrum på mellan 0,5 och så mycket som 3 mm. I produktionsprocessen applicerar tillverkarna ofta för mycket material för att säkerställa att spalten är tillräckligt fylld även om de maximala toleranserna uppnåtts. Många tillverkare, anläggningsbyggnadsentreprenörer och mätspecialister arbetar därför intensivt för att säkerställa applicering av exakt den mängd material som krävs. Experterna på Atlas Copco utvecklar en lösning för mätning av hus och celler och en exakt beräkning av toleranserna för spalten mellan varje komponentkombination, med hjälp av en 3D-skanner. På så sätt kan den mängd material som krävs för att fylla spalten beräknas exakt. Volymen styrs sedan exakt av mätsystemet och inte av robotens hastighet, som tidigare var fallet. "Volymjusteringen med hjälp av styrenheten är mycket mer exakt. När det gäller processen är det en stor fördel om man inte längre behöver arbeta med robotprogrammet. Det ger stora besparingar på upp till 50 procent jämfört med konventionella lösningar", säger 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.
Insprutning: fäst först modulerna och fyll sedan spalten
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.
Vissa tillverkare har bestämt sig för att inte trycka in batterimodulerna i värmeöverföringsmaterialet utan att spruta in blandningen i mellanrummet. Mellanrummet fylls från baksidan till framsidan. Denna metod kan också spara material. Den största fördelen är att ingen kraft appliceras på de känsliga battericellerna och risken för luftinneslutningar eller ojämn åtdragning på det mjuka materialet minimeras. Nackdelen är att visuell inspektion av fogen inte är möjlig. Mössner tillägger: ”Vi har redan genomfört några tester med insprutning av värmeöverföringsmassa i vårt innovationscenter.
I mycket stor utsträckning beror genomförbarheten av denna metod på kundens process och det enskilda materialet. En blandning med låg viskositet måste användas. Om mellanrummet är för litet kan det vara nödvändigt att använda ett högre tryck för injektion, vilket också kan orsaka skador på cellerna.”
Specialutrustning för skydd mot nötning
Alla värmeöverföringsmaterial har en hög fyllningskoncentration för att säkerställa värmeöverföringen. Dessa fyllningar består normalt av aluminiumoxid eller aluminiumhydroxid, abrasiva ämnen som kan orsaka snabbt slitage på de inre ytorna på anläggningens komponenter. Där särskilt höga flöden förväntas, till exempel vid ventilsäten, kan hårdmetallkomponenter användas. Dessutom bör delarnas diameter vara så stor som möjligt för att minska flödeshastigheten. På så sätt kan slitaget minimeras. För tillförlitlig och produktiv hantering av värmeöverföringsmaterial behövs robusta, specialkonstruerade pumpar och mätkomponenter. SCA-produktserien har specialkomponenter med maximal hållbarhet.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
