Saldatura laser a tenuta di pressione e in serie dell'alluminio

Sfide

Il cuore dei veicoli elettrici è rappresentato dalla batteria e dal controller di gestione della batteria (BMC). Esso monitora, controlla e ottimizza le prestazioni, la sicurezza e la durata utile della batteria regolando parametri come lo stato di carica, la temperatura e la tensione delle celle. L'elettronica di potenza integrata trasforma la corrente continua della batteria nella corrente alternata necessaria per l'azionamento. Si genera così calore che può compromettere l'elettronica. Le moderne unità refrigeranti risolvono il problema. Possono essere integrate nell'alloggiamento BMC come "coperchio" a tenuta stagna e collegate al circuito di raffreddamento del veicolo. L'unità refrigerante deve essere a contatto diretto con l'elettronica di potenza per garantire un raffreddamento efficace. Per questo è necessario che l'unità refrigerante sia perfettamente in piano. In più, devono essere leggere per non aggiungere peso inutile e allo stesso tempo soddisfare i requisiti di prova di pressione delle case automobilistiche. 

"Il nostro cliente ha chiesto una piastra di raffreddamento in alluminio estruso con dimensioni 900 x 200 millimetri: una vera sfida anche per i nostri specialisti più esperti", spiega Joseph Gampp, responsabile della gestione prodotti alla Feinwerktechnik hago. Ma i compiti difficili motivano il team. "Dopo svariate prove e numerosi test con TRUMPF, abbiamo trovato una soluzione affidabile e possiamo ora produrre l'unità refrigerante in serie", afferma Gampp con orgoglio. 

Soluzioni

Con BrightLine Weld, TRUMPF offre un processo di saldatura laser collaudato da anni che permette di saldare l'acciaio inox in modo veloce, senza pori e a tenuta di gas. Il sistema ottico Multifocus sviluppato nel 2021 amplia ancora di più le possibilità di utilizzo: in combinazione con BrightLine Weld, permette persino di saldare l'alluminio a tenuta di pressione. A tale scopo, il sistema ottico divide il raggio di un laser TruDisk in un raggio anulare e uno centrale, che a sua volta viene diviso in quattro spot e posizionato in modo da creare un bagno fuso comune. Il "keyhole" che si crea e che rimane sempre aperto evita che il canale vapore collassi, permettendo di ottenere un giunto di saldatura senza pori e senza inclusioni di gas anche con un processo di saldatura veloce. 

Realizzazione

All'inizio, il team di Joseph Gampp prova a saldare l'unità refrigerante in alluminio con le macchine esistenti. Il punto è che i giunti di saldatura che inizialmente sembrano tenere bene, non reggono alle pressioni applicative necessarie e si rompono. "Questo era un requisito fondamentale per il nostro cliente, perché il costruttore automobilistico richiede dei cosiddetti test di pulsazione della pressione prima dell'omologazione", asserisce Gampp, spiegando che "l'intero gruppo costruttivo deve resistere a una certa pressione almeno 100.000 volte. Appena l'abbiamo provato sui nostri gruppi costruttivi di prova, i nostri giunti di saldatura hanno ceduto".  

Insieme a TRUMPF, gli esperti di hago hanno quindi messo a punto un processo stabile e, soprattutto, adatto alla produzione in serie. Nel centro applicativo TRUMPF Laser si capisce subito che con BrightLine Weld e il sistema ottico Multifocus si possono affrontare tutte le sfide. Il giunto di saldatura è così robusto che resiste anche a pressioni elevate.  I parametri possono essere regolati in maniera così flessibile che il laser è in grado di saldare anche giunti lunghi in modo veloce, affidabile ed esente da distorsioni. Questo è importante perché l'unità refrigerante deve essere perfettamente in piano per poter essere a contatto diretto con l'elettronica di potenza nel BMC e raffreddarla in modo efficace. "Ora realizziamo il componente con una planarità riproducibile inferiore a un millimetro", dichiara Gampp.  

Con l'investimento in un impianto di saldatura laser TruLaser Cell 7040 con BrightLine Weld e ottica di saldatura con tecnologia Multifocus, hago ha creato i presupposti per la produzione in serie della piastra di raffreddamento. La preserie con circa 3.000 componenti è finita. Nei prossimi sei anni, oltre 610.000 unità refrigeranti dovrebbero uscire dalla catena di montaggio di hago. "Abbiamo fatto quello che molti pensavano fosse impossibile", aggiunge con orgoglio Gampp. "Questo ci rende unici". 

Prospettive

Il concetto di raffreddamento integrato nei controller di gestione delle batterie è abbastanza nuovo, ma ha un grande potenziale. Joseph Gampp spera quindi di poter usare le conoscenze acquisite collaborando con TRUMPF anche in altri progetti. "La tecnologia si adatta perfettamente al nostro orientamento strategico", afferma, fiducioso che il lavoro di sviluppo, che richiede tanto tempo, darà i suoi frutti. 

Versione: 14/05/2025