Elektrikli araçların yüksek voltajlı pilleri söz konusu olduğunda sıcaklık yönetimi kilit bir rol oynar. Pil hücreleri maksimum performanslarını ancak belirli bir sıcaklık aralığında sağlayabilir ve aşırı ısınmamaları gerekir. Hücrenin çalışması sırasında ortaya çıkan ısının ortama etkin bir şekilde transferini sağlamak için pil tepsisine termal bir bileşik uygulanır. Birleştirme prosesinin bu önemli adımı hakkında daha fazla bilgi edinin.
Isı transferi bileşikleri, elektrikli araçlarda kullanılan büyük pil ünitelerinin etkin sıcaklık yönetiminde destek sağlar. Bu bileşikler hücrelerin şarj/deşarj döngüleri sonucunda ortaya çıkan ısıyı uygun soğutma yapılarına aktarır. Bu şekilde pil optimum sıcaklık aralığında çalışabilir ve aşırı ısınmaz. Bu durum, modern elektrikli araçların; güvenlik, performans, menzil ve şarj süresinin kısalığı noktalarında karşı karşıya olduğu pazar gereksinimlerini karşılama açısından önemlidir. Pil üretiminin birleştirme prosesinde pil tepsisine, yüksek hassasiyetle ve hava içermeyecek şekilde termal olarak iletken dolguları içeren bir malzeme uygulanır. Daha sonra hücre üniteleri sıvı malzemenin üzerine monte edilir. Atlas Copco sıkıştırma sistemleri bağlantı sırasında akışkan ısı transferi bileşiklerinin davranışını hesaba katabilir, bileşikleri yerine düzgün bir tabaka halinde bastırabilir ve muhafaza ile pil modülü arasında optimum teması sağlar.
Optimum uygulama modelinin tanımlanması
Bileşiğin termal iletkenliğinin sağlanması için hava kalıntısı içermeyecek şekilde hassas olarak uygulanması gerekir. Bileşen genellikle yüksek debilerde ve büyük miktarlarda uygulandığından bu üstesinden gelinmesi gereken bir sorundur. Birleştirme prosesine, malzeme özelliklerine ve parçaların şekline bağlı olarak; modüllerin bileşiğe içinde hava kalıntısı kalmayacak biçimde bağlanmasını sağlayacak çeşitli uygulama modelleri bulunmaktadır. Bu modeller, paralel çizgileri, zikzakları veya kemik biçimli bir uygulama modelini içerir.
Typical gap filler meander application pattern for EV batteries
Normalde her durum için optimum uygulama modelinin belirlenmesi kapsamlı testlerin yapılmasını gerektirir. Bretten'deki Yenilik Merkezi'mizde pil üreticilerini, ekipman üreticilerini ve malzeme tedarikçilerini birleştirme uzmanlarımızla bir araya getiriyoruz.
“Birlikte, test hücrelerinde doğru prosesi geliştiriyor ve malzemeyi, ölçüm ekipmanını ve prosesi projenin özel gereksinimlerine göre ayarlıyoruz”
Udo Mössner Atlas Copco IAS'de pil birleştirme uzmanı
Atlas Copco, ayrıca tanınmış bir araştırma enstitüsü ile iş birliği içerisinde malzeme özellikleri ve baskı kuvvetleri temelinde mümkün olan en iyi uygulama modelini belirlemek için yeni simülasyonlar üzerinde çalışıyor. Bu gelecekte zamandan ve paradan tasarruf sağlayabilecek bir yöntem.
Dolgu uygulamasının hat içi kalite takibi
The gap filler application can be monitored by an integrated vision system – any errors are immediately detected..
Damlanın genişliği, konumu ve sürekliliği ölçme kafasına entegre edilmiş bir kameralı sensör sistemi ile sürekli olarak izlenebilir. Yapışkan damlanın içindeki boşluklar gibi uygulama hataları anında tespit edilerek düzeltilebilir. Atlas Copco'nun modern sistemleri bileşiğin içindeki boşlukları otomatik olarak düzeltmek amacıyla damla düzeltme işlevine sahiptir. Bu işlev, döngü süresini kısaltır, yeniden işleme ve kalite güvence maliyetlerini düşürür.
Toleransların dengelenmesi: yeterince çok, mümkün olduğunca az
Isı transferi bileşiğinin ekonomik kullanımı yalnızca termal verimliliği sağlamakla kalmaz maliyetlerden de tasarruf sağlar. Bununla birlikte, malzemenin dozunu ayarlarken pil tepsisi ile pil hücresi arasındaki boşluğun toleranslarının da hesaba katılması gerekir. Çeşitli parçaların toleransları 0,5 mm ile neredeyse 3 mm'ye varan boşluklara yol açar. Üretim proseslerinde üreticiler genellikle maksimum tolerans değerlerine ulaşılmış olsa bile boşluğun yeterince dolduğundan emin olmak için çok fazla malzeme kullanır. Bu nedenle; birçok üretici, fabrika inşaatı müteahhidi ve ölçüm uzmanı gereken malzeme miktarının hassas bir şekilde uygulandığından emin olmak için yoğun bir şekilde çalışıyor. Atlas Copco'daki uzmanlar, muhafaza ve pillerin ölçülmesi ve 3 boyutlu tarayıcılardan yararlanarak her bileşen birleşiminin arasındaki boşlukların toleranslarının hassas bir şekilde belirlenmesine yönelik bir çözüm geliştiriyor. Bu şekilde, boşluğu tam olarak oldurmak için gereken malzeme miktarı hesaplanabilir. Bu durumda hacim, ölçüm sistemi tarafından hassas biçimde kontrol edilir ve daha öncesinde yapıldığı gibi robot hızları kullanılmaz. Mössner, "Kontrol ünitesi kullanılarak hacmin ayarlanması çok daha kesin sonuç veriyor. Proses açısından artık robot programı ile çalışmanın gerekmemesi büyük avantaj. Bu yöntem geleneksel çözümlere kıyasla %50'ye varan malzeme tasarrufu sağlıyor" diyor.
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.
Enjeksiyon: Önce modülleri sabitleyin sonra boşluğu doldurun
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.
Bazı üreticiler pil modüllerini ısı transferi bileşiğine bastırmak yerine boşluğa bileşiğin enjekte edilmesine karar verdiler. Bu yöntemde boşluk, arkadan öne doğru doldurulur. Bu yaklaşım da malzemeden tasarruf sağlayabilir. Bu yöntemin en önemli avantajı hassas pil hücrelerine herhangi bir kuvvet uygulanmaması ve hava kalıntıları kalması veya yumuşak malzemenin eşit olmayan biçimde sıkıştırılması riskinin en aza indirilmesidir. Yöntemin dezavantajı ise bağlantının görsel kontrolünün mümkün olmamasıdır. Mössner şunları ekliyor: "Yenilik Merkezi'mizde ısı transferi bileşiğinin enjeksiyonu ile ilgili bazı testler gerçekleştirdik.
Bu yaklaşımın uygulanabilirliği, büyük oranda müşterinin prosesine ve kullanılan malzemeye dayalıdır. Düşük viskoziteli bir bileşik kullanılmalı. Boşluk çok azsa enjeksiyon için daha yüksek basınç kullanılması gerekebilir ki bu da hücrelere zarar verebilir."
Aşınmaya karşı özel koruma ekipmanı
Tüm ısı transferi bileşikleri, ısı transferini sağlamak üzere yüksek dolgu konsantrasyonuna sahiptir. Bu dolgular tipik olarak alüminyum oksit ya da alüminyum hidroksitten oluşur. Bunlar, fabrika bileşenlerinin iç yüzeylerinde süratle aşınmaya yol açabilen aşındırıcı maddelerdir. Özellikle valf yatakları gibi yüksek akış hızlarının beklendiği yerlerde, karbit bileşenler kullanılabilir. Ayrıca, parçaların çapı, akış hızını azaltmak üzere mümkün olduğunca geniş olmalıdır. Bu yaklaşım aşınmanın en alt düzeyde tutulmasını sağlar. Isı transferi bileşiklerinin güvenilir ve verimli bir şekilde taşınması için dayanıklı, özel olarak tasarlanmış pompalar ve ölçüm bileşenleri gerekir. SCA ürün serisi maksimum dayanıklılığa sahip özel bileşenler sunar.
A typical system layout from Atlas Copco's SCA product line for applying two-component thermal compounds.
