Как лазерите на TRUMPF отопляват електромобила

Когато си купите нов електромобил, изобщо не се замисляте как или дали функционира отоплението в него, приемате, че го има. Отоплението в електромобила осигурява комфорт и чисти стъкла без заледяване. Освен това подобрява ефективността на батерията, която предпочита определени температури. 

Електрическите двигатели не разхищават отпадъчна топлина при пътуване, както е при двигателите с вътрешно горене. Това означава, че автомобилът във всеки случай се нуждае от самостоятелно допълнително отопление със съответна мощност. С тока от батерията то загрява носеща среда, класическа охлаждаща вода или масло за батерията, с които осигурява комфортна топлина. Както при всички други компоненти, за отоплението също важи: колкото по-компактно и леко, толкова по-добре. Германският производител Webasto има преимущество при тези критерии. 

А със своето ново високоволтово отопление пазарният лидер в автомобилната отоплителна техника може да постигне още повече. Адаптирано към различни напрежения на бордовата мрежа и с безстепенно регулируема мощност, то допринася и за стабилизирането на бордовата мрежа. Три лазерни приложения позволяват този иновативен дизайн на продукта и неговите изключителни характеристики. 

Йорн Шмаленберг отговаря за производственото инженерство на електрически отоплителни уреди във филиала Нойбранденбург. Там се произвеждат 95 процента от отоплителните компоненти в продуктовото портфолио на доставчика на автомобилни компоненти – както за двигатели с вътрешно горене, така и за електромобили. Това са милиони бройки, които Webasto изработва с надеждни, високомощни лазери и след това ги разпраща в целия свят. „Основният принцип на отоплението на електромобили е отдавна известен: топлообменникът нагрява течност, която се разпределя през отоплителни тръбопроводи. Охлаждащата вода и високото напрежение не се съчетават добре. Затова е абсолютно необходимо корпусът на нашето отопление да е напълно херметичен и да не изтича течност.“  

Webasto използва лек алуминиев корпус, лят под налягане. За херметичното заваряване на този материал класическото заваряване с електронен лъч би било много бавно и твърде скъпо. Затова компанията с афинитет към лазерите предпочита да използва дисков лазер, който работи и при атмосферно налягане без защитен газ. При това бързо и с висока мощност, тъй като алфата и омегата е заваръчен шев без пори. Ако лазерът е бавен и с ниска мощност, в стапящия се основен материал могат да се образуват и натрупат пори, тогава корпусът е нехерметичен. „С 16-киловатовия TruDiskзалагаме донякъде на по-груб метод и не даваме време на газовите мехурчета да се образуват.“

При това е решаващо лазерът да създава максимално голям канал от метални пари. „Високата мощност на лазера осигурява стабилен канал от метални пари. Това е принципът колкото повече, толкова по-добре“ казва Шмаленберг. В момента фирма Webasto е много доволна от това, но вече проверява добавена стойност на новата многофокусна оптика за това приложение. Тя разделя лазерния лъч на четири отделни точки. Те образуват четириъгълник и са разположени така, че радиусите им на действие се застъпват и възниква наистина голям канал от метални пари. Мощността на лазера се разпределя равномерно по цялата работна повърхност. Каналът от метални пари остава постоянно отворен, нищо не се обрушава, няма пори от процеса. 

Ако корпусът е херметично заварен, Webasto свързва отоплителни елементи. За правилното протичане на тока е необходима мед. „Но свързваните части и използваната мед са във висша степен отразяващи, това изключително затруднява заваряването с лазер.“ Подобно на клетките на батерията, отоплителната система на Webastos не реагира добре на твърде дълбоки заваръчни шевове, които могат да наранят другите слоеве. „Затова трябва да можем точно да регулираме дълбочината на заваряване на лазера. С класическия инфрачервен лазер не се справихме с това“, разказва Шмаленберг.

Зелената дължина на вълната на лазерите TRUMPF има по-висока степен на абсорбция в медта. С правилната последователност на импулсите дълбочините на заваряване могат да се реализират с изключителна повторяема точност, без пръски и изобщо без защитен газ. TruDisk Pulse 421 постига това с четири киловата при продължителност на импулса в милисекундния диапазон. Шмаленберг допълва: „Още нямаме нито една грешка при много милиони детайли и всичко върви със значително по-малко напрежение. Когато става въпрос за заваряване на мед, вече не правим нищо различно: Залагаме последователно на зелени, импулсни системи. Инфрачервените са вече минало.“

Когато във Webasto са доволни от работата с медта, следва придаването на форма на действителните отоплителни елементи. Тук се реализира тяхната специално разработена тънкослойна технология: Webasto не изработва писти на печатни платки, а директно вкарва структурата в тънък метален слой. Това прави отоплението максимално плоско. „Тук става въпрос за максимална прецизност при структурирането на материала, за да не работи лазерът твърде дълбоко и да не прониква в долните слоеве“, обяснява Шмаленберг, който за целта залага на лазер с ултракъси импулси TruMicro. „При структурирането искаме чисто отнемане на материал и точни ръбове. Не трябва да се стига до стапяне на материал, за да не рискуваме с дефекти в продукта. Лазерите с ултракъси импулси директно преобразуват материала от твърдо в газообразно състояние и именно така правят възможен желания плосък дизайн на продукта.“ 

Ако отоплението е суперплоско, може да се монтира съвсем близо до компонентите, провеждащи охлаждащата вода. „Поради пространствената близост разполагаме с изключително кратко време за реакция, за да подадем топлина във водата. Благодарение на специалната конструкция отоплителната мощност може да се регулира почти безстепенно, както при 400 V, така и при 800 V. Никой не е постигал това преди нас“, казва гордо Шмаленберг. Освен това отоплението функционира при пикове на напрежението като малък кондензатор и с това допринася и за стабилизирането на бордовата мрежа в електромобила. 

За компания като Webasto, произвеждаща в държавата с висока работна заплата Германия, е необходима висока степен на автоматизация с много лазери. А също и висока степен на иновации, напр. благодарение на нови лазерни технологии. Това превръща Webasto в търсен в целия свят играч. „Можете да изходите от факта, че почти никой от глобално произвежданите електромобили не слиза от лентата без първокласни електротехнически компоненти на европейски производители като нас.“