Kleb- und Dichtstoffe in batterie- und hybridelektrischen Fahrzeugen

Als ich ein Kind war, habe ich immer batteriebetriebene Milchwagen gesehen, die mit 15 Meilen pro Stunde dahin rollten und den Verkehr aufhielten. Wie sich die Dinge geändert haben! Heute fahren batteriebetriebene Sportwagen auf den Autobahnen und Schnellstraßen auf und ab. Die Batterietechnologie hat sich sprunghaft weiterentwickelt, um sie zu einer praktischen, wirtschaftlichen und praktikablen Alltagslösung für den modernen Autofahrer zu machen - und gleichzeitig zur Senkung der Emissionen und zur Verbesserung der Luftqualität vor Ort beizutragen.

Zu den wichtigsten Schwerpunktbereichen der Batterieentwicklung gehören:

  • Effizienz und Größe
  • Erhöhte Leistungsabgabe
  • Geschwindigkeit der Aufladung
  • Materialkosten
  • Sicherheit

 

Während die "Senkrechtstarter" die Batterien revolutionieren, müssen die Materiallieferanten mit ihren Angeboten für die Industrie nachlegen. Für die Klebstoffhersteller bedeutet dies, Produkte zu entwickeln, die einige ganz spezifische Eigenschaften in sich vereinen:

 

Unter den Must-Haves dieser Saison ist ein wärmeleitender Klebstoff. Batterien werden während des Ladevorgangs extrem heiß, es gilt, sie so schnell wie möglich aufzuladen, was die Situation tendenziell verschärft, daher ist es wichtig, die Wärme schnell und effektiv von den Batteriezellen abzuführen.

 

Die Batteriezellen sind in Modulen angeordnet, die den Batteriepack bilden (die große Einheit, die normalerweise in Elektroautos unter dem Boden verborgen ist). Die Notwendigkeit, die Batteriegröße so klein, aber dennoch so effizient wie möglich zu halten, bedeutet, dass die Batteriezellen eng gestapelt werden müssen, wodurch sich die Temperatur innerhalb des Batteriemoduls erhöht. Die Wärme muss von den Batteriezellen weggetrieben werden, daher werden sie mit wärmeleitendem Klebstoff vergossen.

 

Die Module sitzen auf einem Kühlkörper, um die Wärmeübertragung zu maximieren, werden sie mit einem wärmeleitenden Klebstoff verklebt. Der Klebstoff verbindet sich auch, um Stöße und Vibrationen während der Fahrt zu absorbieren und Schäden an empfindlichen Komponenten zu vermeiden.

 

Der Einschluss von wärmeleitenden Füllstoffen in Klebstoffen kann andere Eigenschaften, zum Beispiel die Viskosität, beeinflussen. Es ist schön und gut, einen Klebstoff mit der maximal möglichen Wärmeleitfähigkeit zu verlangen, aber kann man das Material dosieren, ist die Frage?! Ein hoher Gehalt an thermisch leitfähigem Füllmaterial macht den Klebstoff praktisch fest und lässt sich nicht leicht mischen oder extrudieren.

Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit und Viskosität des Klebstoffs

Wärmeausdehnung

Die Fähigkeit zur Bewältigung von Expansion und Kontraktion.

Batteriezellen und andere Komponenten dehnen sich bei Erwärmung und Abkühlung erheblich aus und ziehen sich zusammen; hinzu kommt das Problem plötzlicher Temperaturschwankungen oder "Temperaturschocks".

 

Kleb- und Dichtstoffe werden um die Zellen herum verwendet, um sie an Ort und Stelle zu halten, und sie müssen eine gewisse Flexibilität haben, um mit Ausdehnung und Kontraktion fertig zu werden, ohne Spannung auf die Komponenten auszuüben oder abzubrechen. Unterschiedliche Materialien dehnen sich unterschiedlich schnell aus und ziehen sich unterschiedlich schnell zusammen, was bei größeren Komponenten deutlicher zu erkennen ist.

Die Wahl eines Klebstoffs mit einem gewissen Grad an Flexibilität und die Optimierung der Klebstofffugendicke tragen dazu bei, den Stress der unterschiedlichen Ausdehnung und Kontraktion zu bewältigen, ohne dass es zu einer Ablösung oder Beschädigung der Teile kommt.

 

Elektrischer Widerstand

Es ist wichtig, dass der Klebstoff zwar thermisch leitfähig ist, aber nicht elektrisch leitfähig sein darf. Andernfalls kommt es zu zahlreichen Kurzschlüssen, und ein Auto voller zerfetzter Insassen fährt nirgendwohin.

 

Eine hohe Durchschlagfestigkeit ist unerlässlich (die Durchschlagfestigkeit ist das maximale elektrische Feld, dem ein Material standhalten kann, bevor es leitend wird).

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Klebstoffen zum Abdichten von Batteriegehäusen besteht darin, dass sie eine 100%ige Abdichtung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit bieten, und Vergussklebstoffe, die die Zellen und andere elektrische Komponenten umgeben, verhindern eine Kontamination und mögliche Fehlfunktionen.

 

Sicherheit

Nicht brennende, feuerhemmende Klebstoffe tragen zur Maximierung der Fahrzeugsicherheit bei. Feuerhemmende Füllstoffe können in der Klebstoffformulierung kombiniert werden und diese sind oft auch wärmeleitend - so können zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen werden! Diese Füllstoffe sind selbstlöschend - wenn Sie also versuchen, das Material in Brand zu setzen und die Flamme entfernen, breitet sich das Feuer nicht entlang der Klebstoffschicht aus, und die Flamme erlischt.

 

Die Verwendung von gehärteten Klebstoffen bei der Konstruktion von Batteriepaketen hilft, Aufprallkräfte zu absorbieren und den Grad der Beschädigung der Batterie bei einer Kollision zu verringern. Gehärtete Klebstoffe tragen auch dazu bei, den Batteriesatz gegen die beim Fahren auftretenden Stöße und Vibrationen zu schützen; sie können auch zur Schalldämpfung beitragen, um den Komfort der Fahrgäste zu verbessern.

Überlegungen zur Produktion

Es macht keinen Sinn, einen neuen, technisch hochentwickelten, innovativen Klebstoff zu haben, dem es an Praktikabilität auf einer Produktionslinie mangelt. Die Batterieherstellung ist ein großes Geschäft und wird mit zunehmender Popularität und Nachfrage nach Elektrofahrzeugen täglich größer. Daher ist es wichtig, dass der ausgewählte Klebstoff automatisch dosiert werden kann und einen Aushärtungsplan hat, der den Produktionsdurchsatz und die Effizienz optimiert.

 

Zwei-Komponenten-Klebstoffe müssen möglicherweise abgemessen dosiert und gemischt werden, bevor sie auf Teile aufgetragen werden können, bei Ein-Komponenten-Klebstoffen kann ein Ofen oder eine UV-Lampe zur Aushärtung des Klebstoffs erforderlich sein. Lösungsmittelhaltige Produkte oder andere gefährliche Chemikalien dürfen am Arbeitsplatz nicht mehr verwendet werden, oder weniger gefährliche Produkte werden zur einfacheren Handhabung bevorzugt.

 

Kosten

Die Investitionskosten für die Implementierung des Klebstoffs in eine Produktionslinie variieren je nach dem erforderlichen Automatisierungsgrad und der Ausgereiftheit der Ausrüstung. Es ist möglich, Klebstoffe mit minimalem Aufwand einzusetzen, z.B. Handdosierpistolen. Die Gemeinkosten richten sich nach dem erforderlichen Platzbedarf und den Kosten für den Betrieb und die Wartung der Ausrüstung.

 

Die Klebstoffprodukte selbst, unter Berücksichtigung der pro Batterie verbrauchten Klebstoffmenge, werden einer ständigen Kostenprüfung unterzogen werden. Es ist interessant festzustellen, dass die Menge des wärmeleitenden Füllstoffs und die Art des Füllstoffs der Hauptkostentreiber für wärmeleitende Klebstoffe ist.

 

Die Grafik zeigt, wie die Kosten im Verhältnis zum Gehalt an leitfähigem Füllstoff (Metalloxid) stehen.

Wärmeleitfähigkeit / dielektrische Festigkeit

Eine höhere Wärmeleitfähigkeit kann mit verschiedenen, teureren Füllstoffen erreicht werden, aber die dielektrische Festigkeit kann beeinträchtigt werden, indem Materialien elektrisch leitfähig werden - für einige Anwendungen ist dies großartig, aber im Fall von Hochspannungsbatterien für Elektrofahrzeuge wahrscheinlich nicht so wünschenswert!

 

Wo werden Kleb- und Dichtstoffe verwendet?

  • Verkapselung oder Verguss von Batteriezellen
  • Verkleben von Zellen zu Modulen
  • Kleben von Modulen auf Kühlplatte / Kühlkörper
  • Abdichtung und Versiegelung des Akkupacks
  • Verkapselung und Verguss von anderen empfindlichen elektronischen Komponenten
  • Verguss von Verbindern und Abdichtung pyrotechnischer Trenneinheiten

 

Neben dem Kleben von Batterien werden Hochleistungsklebstoffe auch zum Kleben von Elektromotoren verwendet - zum Kleben von Magneten auf Rotoren, von Magneten auf Statoren und zum Abdichten von Motorgehäusen.

 

Motoren erfordern häufig Klebstoffe, die 180-220°C standhalten müssen, sowie strenge Stoß- und Temperaturschockprüfungen. Im Falle eines Unfalls detoniert eine pyrotechnische Trenneinheit, um das Batteriesystem freizugeben, um Feuer und Stromschläge zu verhindern, Klebstoffe werden zum Sichern und Vergießen von Verbindern sowie zum Abdichten und Schützen von Einheiten verwendet.

 

Zur Sicherung der Sprengladung können brüchige Klebstoffe verwendet werden, ähnlich denen, die in Airbag-Detonationsvorrichtungen zu finden sind.

Klebstoffe in Batterien
 

Hersteller Permabond

Hier bei Permabond verfügen wir über ein Portfolio von Spezialentwicklungen, die hohe Wärmeleitfähigkeit, Feuerhemmung, Zähigkeit und auch Klebstoffe mit Hochtemperaturbeständigkeit kombinieren.

 

Wir können auf eine lange und beeindruckende Geschichte der weltweiten Belieferung der Automobilindustrie mit Klebstoffen zurückblicken, wobei viele Produkte von führenden Automobilherstellern und Tier-1-Automobilzulieferern spezifiziert werden, die auf qualitativ hochwertige Spitzenprodukte bestehen.

 

Maßgeschneiderte Formulierungen können entwickelt werden, um die genauen Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen und ihnen zu helfen, Produktionseinsparungen und Leistungsvorteile zu erzielen. Unser Team von Entwicklungschemikern ist mit einigen aufregenden Klebstoffentwicklungen auf dem Gebiet der Verklebung von EV-Batterien beschäftigt - einige neue Innovationen stehen kurz vor der Einführung!

 

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