TRUMPF 레이저가 전기자동차를 가열하는 방법

새 전기자동차를 구입하면 자동차의 가열기가 어떻게 작동하는지 또는 작동하는지 여부에 대해 전혀 생각하지 않을 것입니다. 전기자동차의 가열기는 편안함과 얼지 않고 깨끗한 디스크를 보장합니다. 또한 특정 온도를 선호하는 배터리의 효율성도 향상시킵니다. 

주행 시 전기모터는 연소 엔진처럼 낭비적인 폐열을 생성하지 않습니다. 이는 차량에 항상 상응하는 출력을 갖춘 독립적인 추가 가열기가 필요하다는 것을 의미합니다. 배터리 전류를 사용하여 캐리어 매체, 일반 냉각수 또는 배터리 오일을 가열함으로써 가능한 열을 보장합니다. 다른 모든 컴포넌트와 마찬가지로 가열기에도 다음 사항이 적용됩니다: 더 콤팩트하고 더 가벼울수록 더 좋습니다. 독일 제조사인 Webasto는 이러한 기준에서 앞서 있습니다. 

그리고 고전압 가열기를 통해 자동차 가열기술 시장에 있어 선두주자인 이 제조사는 한 단계 더 발전했습니다. 다양한 온보드 네트워크 전압에 적응하고 출력을 지속적으로 조절할 수 있으며, 온보드 네트워크 안정화에도 기여합니다. 세 가지 레이저 애플리케이션이 이 혁신적인 제품 설계와 뛰어난 특성을 가능하게 합니다. 

Jörn Schmalenberg는 노이브란덴부르크(Neubrandenburg) 설치장소에서 전기 가열장치의 제조 엔지니어링을 담당하고 있습니다. 그곳에서 자동차 공급업체 제품 포트폴리오의 가열 컴포넌트 중 95%가 연소 엔진과 전기자동차 모두를 위해 생산됩니다. 이는 Webasto가 안정적인 고출력 레이저를 사용하여 생산한 다음 전 세계로 배송하는 수백만 개의 부품입니다. "먼저 전기자동차 가열기의 기본 원리는 잘 알려져 있습니다: 열교환기가 가열기에 의해 분배되는 액체를 가열합니다. 냉각수와 고전압은 서로 맞지 않습니다. 이러한 이유로 가열기의 하우징이 절대적으로 기밀 상태여서 액체가 새어나오지 않아야 합니다."  

Webasto는 경량 알루미늄 다이캐스트 하우징을 사용합니다. 이 소재를 기밀 용접하기 위해 고진공에서의 기존 전자빔용접은 너무 느리고 비용이 많이 듭니다. 따라서 레이저에 정통한 이 기업은 보호 가스 없이 대기압에서도 작업하는 디스크 레이저를 사용하는 것을 선호합니다. 그리고 가능한 한 빠르고 출력이 강하기 때문입니다 : 가장 중요한 것은 기공이 없는 용접심입니다. 레이저가 약한 출력으로 둔하게 움직이면, 기공이 형성되어 용융 모재에 모일 수 있으며 하우징이 누출됩니다. "우리는 16-Kilowatt-TruDisk로 말렛 방법을 사용하고 있으며 가스 거품이 형성할 시간을 주지 않습니다."

중요한 것은 레이저가 가능한 가장 큰 키홀을 생성하는 것입니다. "높은 레이저 출력이 안정적인 키홀을 보장합니다. 원리는 많은 것이 많은 도움이 된다는 것입니다"라고 Schmalenberg는 말합니다. Webasto는 현재 이에 대해 매우 만족하고 있지만, 이미 이 애플리케이션에 대한 새로운 다중 초점 광학장치의 부가가치를 검토하고 있습니다. 새로운 다중 초점 광학장치는 레이저 빔을 4개의 개별 스폿으로 분할합니다. 이들은 사각형을 형성하고 유효 반경이 겹치고 매우 큰 키홀이 생성되는 방식으로 배열되어 있습니다. 레이저 출력은 전체 유효 영역에 고르게 분포됩니다. 키홀은 지속적으로 열려있고, 위축되는 것도 없으며, 프로세스 기공도 없습니다. 

하우징이 기밀 용접된 경우, Webasto는 가열 엘리먼트와 접촉합니다. 전기가 제대로 흐르기 위해서는 구리가 필요합니다. "그러나 사용된 구리와 같은 접합 파트너는 반사율이 높아 레이저 용접이 매우 어렵습니다." 배터리 셀과 마찬가지로 Webasto의 가열 시스템은 너무 깊은 용접심에는 잘 반응하지 않아 다른 레이어가 손상될 수 있습니다. "따라서 레이저의 용입 깊이를 정확하게 조절할 수 있어야 합니다. 전통적인 적외선 레이저로는 더 이상 나아갈 수 없었습니다"라고 Schmalenberg는 설명합니다.

TRUMPF 레이저의 녹색 파장은 구리에 대한 흡수율이 더 높습니다. 올바른 펄스 시퀀스를 사용하면 스패터가 없고 보호 가스 없이 극도의 반복정확도로 용입 깊이를 달성할 수 있습니다. TruDisk Pulse 421은 4킬로와트와 밀리초 범위의 펄스 폭으로 이를 수행합니다. Schmalenberg는 다음과 같이 덧붙입니다: "수백만 개의 구성품에 오류가 없었으며, 모든 것이 전반적으로 훨씬 더 원활하게 실행되고 있습니다. 구리 용접에 관해서 우리는 더 이상 다른 것을 하지 않습니다: 우리는 녹색 펄싱 시스템에만 의존합니다. 적외선은 과거의 일입니다."

Webasto가 구리 작업에 만족했으면, 이제 실제 가열 엘리먼트를 모양으로 만들 차례입니다. 여기에서 특별히 개발된 박막 기술이 활용되고 있습니다: Webasto는 도체 트랙을 배치하지 않고, 단순히 구조물을 얇은 금속층에 직접 삽입합니다. 이렇게 하면 가열기가 최대한 평평해집니다. "여기에서는 레이저가 너무 깊게 작업하지 않고 아래 레이어에 침투하지 않도록 재료를 구조화할 때 최대 정밀도가 가장 중요합니다"라고 Schmalenberg는 설명합니다. 그는 이를 위해 TruMicro 극초단 펄스 레이저를사용하고 있습니다. "구조화에서 우리는 깨끗한 어블레이션과 정확한 가장자리를 원합니다. 제품 결함 위험을 방지하기 위해 재료 용융이 없어야 합니다. 극초단 펄스 레이저는 재료를 고체 상태에서 기체 상태로 직접 변환하여 평평한 제품설계를 가능하게 합니다." 

가열기가 매우 평평한 경우, 냉각수를 운반하는 컴포넌트에 매우 가깝게 설치할 수도 있습니다. "공각적 근접성 때문에 물에 열을 전달하는 반응 시간이 매우 짧습니다. 특별한 구조 덕분에 가열 출력은 400V와 800V 모두에서 거의 무단으로 조절될 수 있습니다. 우리 이전에는 아무도 해낸 적이 없었습니다"라고 Schmalenberg는 자랑스럽게 말합니다. 또한 가열기는 접압 피크 시 작은 커패시터처럼 작동하여 전기자동차의 온보드 네트워크 안정화에도 기여합니다. 

고임금 국가인 독일에서 생산하는 Webasto는 많은 레이저를 사용하여 높은 자동화율이 필요합니다. 또한 새로운 레이저 테크놀로지 등을 통한 높은 혁신율도 마찬가지로 필요합니다. 이러한 테크놀로지는 Webasto를 세계적으로 주목받는 기업으로 만듭니다. "전 세계적으로 생산되는 전기자동차 중, 우리와 같은 유럽 제조사의 일류 전기기술 컴포넌트가 없으면 조립 라인에서 나오는 자동차가 거의 없다고 가정할 수 있습니다."