헨켈은 연례 지속가능성 보고서를 통해 Loctite 브랜드로서 Bergquist Gap Filler TGF 3010 APS의 개발과 출시가 중요한 이정표라고 표현했다.
전세계 전기차 판매량이 빠르게 증가하면서 자동차 업계가 전기차 사업을 더 적극적으로 추진하며 지속 가능한 고성능 생산 솔루션이 그 어느 때보다도 중요해졌다.
IHS Markit에 따르면 배터리 전기차(BEV)와 그 밖의 전기차의 판매량은 2020년에만 거의 250만 대에 도달하였으며, 2021년 에는 약 70% 정도 증가할 예정이다. 이러한 성장은 다년간에 걸친 투자와 연구 개발의 결과이다.
이에 헨켈 접착제 사업부(Henkel Adhesive Technologies)는 OEM과 부품 제조업체 등의 전문가 파트너로서 이러한 변화를 추진하는 데 필요한 도움을 제공하고 있어 주목 받는다.
중요한 혁신의 과정에서 헨켈은 세계 최고의 OEM 중 하나와 협력하여 특정 용도에 사용되는 리튬 배터리의 높은 신뢰성과 뛰어난 성능을 보장하기 위해 필요한 중요한 방열 기능을 제공하고 있다. 또한 지속가능한 패키징 포맷으로 공급되는 ‘서멀 갭 필러 솔루션’을 개발하였다.
헨켈의 ‘Bergquist Gap Filler TGF 3010 APS’는 하이-스루풋 어셈블리에 사용하기에 적합한 2-파트 실온 경화 갭필러다. 열 성능 3.0 W/mK로 배터리에 냉각 시스템의 탁월한 열 전달 능력을 제공하며, 무-실리콘 기술을 기반으로 하여 OEM의 조립 라인의 까다로운 요구조건을 충족시킬 수 있다.
헨켈 Bergquist Gap Filler TGF 3010 APS는 뛰어난 방열 능력으로 배터리의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라, 가치 사슬의 모든 단계에서 여러 가지 지속가능성 문제들을 해결하는 데에 도움을 주고 있다. 실제로 세계적인 자동차 제조사 중 한 기업은 헨켈 고유의 서멀 갭 필러 솔루션을 도입해 전기차를 대량생산하는 데 필요한 많은 양의 리튬-이온 배터리 팩을 더욱 지속가능하고 더욱 비용 효율적인 방식으로 개발하고 제조하게 되었다.
또한 TGF 3010 APS는 적은 힘으로도 뽑아낼 수 있어 배터리 팩을 손쉽게 수리하거나 재활용하는 데에 도움이 된다.
헨켈은 심도 있는 공정 노하우를 바탕으로 생산의 모든 단계에서 더 향상된 지속가능성과 효율성을 제공하는 새로운 제품을 창조하였다. 갭 필러는 충전량을 극대화하도록 설계된 재활용 가능한 드럼에 넣어서 공급돼 운송 단계를 감소시키고 생산 라인의 중단을 최소화함으로써 이산화탄소 배출량을 저감하였다. 이 드럼 자체는 재사용하여 폐기물을 최소화하고 효율성을 높일 수 있다.
2020년에 출시된 헨켈의 혁신적 제품은 한 대기업 고객이 다음 수 년 동안 약 천만 대의 전기차를 생산하려는 야심 찬 목표를 수립하는 데 큰 역할을 하여 이미 그 가치를 입증하였다. 이 제조업체는 성능, 신뢰성, 자동화 속도, 지속가능성이라는 까다로운 조합을 요구하였으며, 대량 판매를 위한 전기차 양산에 요구되는 엄격한 비용 한도 이내에서 이 모든 조건을 충족시켜야 했다.
이에 헨켈의 포뮬러 팀은 SMP(Silane Modified Polymer)를 활용하여 업계 최초로 갭 필러 시장에 서멀 SMP를 도입하였다.
헨켈의 전기차 글로벌 마켓 전략 책임자인 스테판 회퍼(Stephan Höfer)는 “새로운 제조 공정을 사용하여 새로운 종류의 차량을 생산하는 고객을 위해 새로운 제품을 만드는 것은 놀랍도록 도전적인 일이며 자주 오지 않는 중대한 기회”라며, “헨켈은 지속가능성의 선두주자가 되기 위해 노력하는 기업으로서, 고객들이 야심 찬 환경 및 지속가능성 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있음을 자랑스럽게 생각한다. 전기 운송수단의 미래를 향하여 비즈니스의 방향을 전환하면서, 파트너와의 협력을 통해 더 효율적이고 비용이 적게 드는 전기차 배터리 기술을 개발하는 것은 우리에게 정말로 흥미진진한 일”이라고 말했다.
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갭 필러: 뛰어난 성능을 위한 강력한 화합물
온도 관리는 전기차의 고전압 배터리에 중요한 역할을 합니다. 배터리 셀은 특정 온도 범위 내에서만 최대 성능을 제공할 수 있으며 과열되면 안 됩니다. 셀 기능으로 인해 발생하는 열을 주변으로 효과적으로 전달하려면 열 화합물을 배터리 트레이에 적용합니다. 접합 공정의 이 중요한 단계에 대해 자세히 알아보십시오.
열 전달 화합물은 전기차에 사용되는 대형 배터리 팩의 능동적 열 관리를 지원합니다. 이는 셀의 충전 및 방전 때문에 발생한 열을 적절한 냉각 구조로 전달합니다. 이러한 방식으로 배터리가 최적의 온도 범위에서 작동할 수 있으며 과열되지 않습니다. 이는 안전, 성능, 주행 가능 거리 및 짧은 충전 시간 측면에서 현대 전기차가 직면한 시장 요구 사항을 충족하기 위해 매우 중요합니다. 배터리 생산 시 접합 공정에서 열 전도성 필러가 포함된 재료가 매우 정밀하게 배터리 트레이에 적용되어 공기 혼입이 방지됩니다. 그런 다음 셀 유닛이 액체 재료에 설치됩니다. 아트라스콥코 체결 시스템은 조인트에서 점성 열 전달 화합물의 거동을 고려하고, 화합물을 고른 층 내로 밀어 넣어 하우징과 배터리 모듈 사이의 접촉을 최적화합니다.
최적의 적용 패턴 정의
EV 배터리에 대한 일반적인 갭 필러 곡선 적용 패턴
화합물의 열 전도성을 보장하려면 공기 혼입이 없는 정밀한 작업이 필수적입니다. 그러나 화합물이 높은 흐름 속도로 대량으로 적용되는 경우가 많아서 이는 어려운 일입니다. 접합 공정, 재료 속성 및 부품의 형태에 따라, 공기 혼입 없이 모듈이 화합물에 접합되도록 하는 다양한 적용 패턴이 존재합니다. 이러한 패턴에는 평행선, 곡선 또는 뼈 모양 적용 패턴 등이 포함됩니다. 각 경우에 최적의 적용 패턴을 정의하려면 포괄적인 테스트가 필요합니다.브레튼의 혁신 센터에서는 배터리 제조업체, 장비 제조업체 및 재료 공급업체를 당사의 접합 전문가와 함께 한 자리에 모읍니다. "함께 모여 우리는 테스트 셀의 올바른 공정을 개발하고 프로젝트의 특정 요구 사항에 맞게 재료, 계량 장비 및 공정을 조정합니다."라고 아트라스콥코 IAS, GmbH의 기술영업부 배터리 전문가인 Udo Mössner는 말합니다. 아트라스콥코는 저명한 연구 기관과 협력하여 재료 특성과 압력을 기준으로 가능한 최상의 적용 패턴을 결정하기 위한 새로운 시뮬레이션 작업을 진행하고 있다. 이는 향후 시간과 비용을 절약할 수 있는 방법입니다.
갭 필러 적용의 인라인 품질 모니터링
갭 필러 적용을 통합 비전 시스템을 통해 모니터링할 수 있습니다. 모든 오류가 즉시 감지됩니다.
비드의 폭, 위치 및 연속성은 미터링 헤드에 통합된 카메라 센서 시스템을 통해 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 접착제 비드의 간극과 같은 적용 오류를 즉시 감지하여 교정할 수 있습니다. 아트라스콥코의 최신 시스템은 화합물의 갭을 자동으로 메우기 위한 비드 교정 기능을 제공합니다. 이를 통해 주기 시간을 단축하고 재작업 및 품질 보증 비용을 줄일 수 있습니다.
공차 보상: 가능한 한 필요한 만큼 많이
배터리 트레이 스캔: 채워질 갭을 배터리 컴파트먼트와 배터리 모듈의 측정값을 기준으로 계산할 수 있습니다. 이를 통해 열 전달 화합물을 정밀하게 측정할 수 있습니다.
열 전달 화합물의 경제적인 사용은 열 효율적일 뿐만 아니라 비용도 절감합니다. 그러나 재료를 투입할 때 배터리 트레이와 셀 모듈 사이의 장착 허용오차를 고려해야 합니다. 다양한 부품의 공차로 인해 0.5 ~ 3mm의 갭이 발생합니다. 생산 공정에서 제조업체는 갭이 최대한 채워질 수 있도록 최대 공차에 도달하더라도 너무 많은 재료를 사용하는 경우가 있습니다. 따라서 많은 제조업체, 플랜트 건설 건설업체 및 미터링 전문가들은 필요한 재료의 양을 정밀하게 적용하기 위해 노력하고 있습니다. 아트라스콥코의 전문가는 3D 스캐너를 사용하여 하우징과 셀의 측정을 위한 솔루션을 개발하고 각 구성 부품 조합 사이의 갭에 대한 공차를 정밀하게 측정합니다. 이러한 방식으로 갭을 정밀하게 채우는 데 필요한 재료의 양을 계산할 수 있습니다. 그런 다음 미터링 시스템에 의해 부피가 정밀하게 제어되고, 이전 사례와 같이 로봇 속도를 사용하지 않습니다. “컨트롤러를 사용한 부피 조정은 훨씬 더 정확합니다. 이 공정에서 더 이상 로봇 프로그램을 사용할 필요가 없다면 매우 큰 이익을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 기존 솔루션에 비해 최대 50%의 재료 절감 효과를 얻을 수 있습니다."라고 Mössner는 말합니다.
투입: 먼저 모듈을 고정한 다음 갭을 채웁니다.
모듈 체결: 모듈이 열 전달 화합물에 고르게 압착되고 특수 아트라스콥코 너트러너를 사용하여 제자리에 고정됩니다. 그 결과, 공기 혼입이 없는 깨끗한 접촉 표면이 만들어집니다.
일부 제조업체는 배터리 모듈을 열 전달 화합물에 압착하지 않고 갭에 화합물을 주입하기로 결정했습니다. 갭이 뒤에서 앞까지 채워집니다. 이 방법을 통해 재료를 절약할 수도 있습니다. 주요 장점은 민감한 배터리 셀에 가해지는 힘이 없고 부드러운 재료에 공기 혼입이나 불균일한 체결 위험이 최소화된다는 것입니다. 단점은 조인트를 육안으로 검사할 수 없다는 것입니다. Mössner는 " 우리는 이미 혁신 센터에서 열 전달 화합물을 주입하여 몇 가지 테스트를 수행했습니다. 이 접근 방식을 사용할 수 있는 가능성은 고객의 공정과 개별 재료에 따라 크게 달라집니다. 저점도 화합물이 사용되어야 합니다. 갭이 너무 작으면 더 높은 압력을 사용하여 주입해야 할 수도 있습니다. 그러면 셀이 손상될 수도 있습니다."
마모를 방지하는 특수 장비
시스템 레이아웃: 2개의 구성 요소 열 화합물 적용을 위한 아트라스콥코 SCA 제품 라인의 일반적인 시스템 레이아웃
모든 열 전달 화합물은 열 전달을 위해 높은 필러 농도를 가집니다. 이러한 필러는 일반적으로 산화알루미늄 또는 수산화알루미늄 등의 연마재로 구성되며, 이러한 연마재는 플랜트 부품의 내부 표면에 빠른 마모를 일으킬 수 있습니다. 특히 밸브 시트에서와같이 높은 흐름 속도가 예상되는 경우 카바이드 부품을 사용할 수 있습니다. 또한 흐름 속도를 줄이려면 부품의 직경이 가능한 한 커야 합니다. 이러한 접근 방식을 통해 마모를 최소화할 수 있습니다. 열 전달 화합물의 안정적이고 생산적인 취급을 위해 견고하고 특별히 설계된 펌프 및 계량 구성 부품이 필요합니다. SCA 제품 라인은 최대의 내구성을 갖춘 특수 구성 부품을 제공합니다.