Technologies TOX pour la révolution énergétique: créer des connexions parfaites

L'industrie automobile est en pleine mutation. A partir de 2035, plus aucun véhicule neuf fonctionnant au diesel ou à l'essence ne sera autorisé à circuler en Europe. La mobilité électrique est une composante essentielle de la circulation durable et respectueuse du climat. Le nombre de véhicules électriques ne cesse donc d'augmenter. Les constructeurs automobiles doivent développer de nouvelles motorisations et systèmes de stockage d'énergie tout en les rendant plus efficaces.

Les systèmes de stockage comprennent des cellules de batterie, qui sont intégrés dans des packs de batteries et constituent un élément crucial contribuant au succès de l'emobilité. Les piles à combustible, en tant que convertisseur d'énergie, fournissent aux moteurs électriques une énergie propre et neutre sur le plan climatique. Elles convertissent l'hydrogène du réservoir et l'oxygène de l'air en électricité. Comme l'hydrogène permet de réduire les gaz à effet de serre, ces moteurs sont depuis un certain temps déjà une lueur d'espoir dans la révolution énergétique.

L'hydrogène vert et ses produits dérivés sont particulièrement respectueux de l'environnement. L'électricité est produite à partir d'énergies renouvelables, comme la lumière du soleil par exemple. Pour ce faire, des cellules solaires très performantes sont nécessaires. L'hydrogène vert est produit dans des usines d'électrolyse, qui séparent l'eau en ses composants, l'hydrogène et l'oxygène. "Nos technologies soutiennent la production et l'assemblage des cellules photovoltaïques et des composants électroniques”, commente Frank Ortmann, Business Development Manager chez TOX PRESSOTECHNIK. “Mais nous fournissons également des solutions techniques pour la production de cellules et de blocs de batteries, de piles et de systèmes à combustible, de cellules électrolytiques et d'électrolyseurs.” Pour Frank Ortmann et ses collègues, l'important est l'assemblage des tôles utilisées dans le respect des exigences électriques et mécaniques, afin d'éviter les dysfonctionnements pendant toute leur durée de vie.

Les exigences se multiplient. Le fonctionnement à long terme des batteries dépend essentiellement de la protection mécanique, de la distribution de l'énergie et des cellules de la batterie. Les exigences en matière de densité de courant, de température de fonctionnement, de pression à l'intérieur de la cellule et de taille de l'empilement pour les piles à combustible fonctionnant à l'hydrogène sont de plus en plus élevées. Les modules des cellules photovoltaïques peuvent désormais être produits de manière entièrement automatisée et en grandes quantités pour répondre à la très grande demande. “En outre, la production doit être toujours plus rentable", commente Frank Ortmann. “Cela s'applique aux petites séries comportant un grand nombre d'étapes manuelles, ainsi qu'à la production en série automatisée."

Le clinchage, par exemple, fait partie des procédés d'assemblage. Il est utilisé pour assembler des tôles de différentes résistances ou de différents matériaux, en incluant également des adhésifs ou d'autres couches intermédiaires. Dans les applications industrielles, le clinchage convient pour des épaisseurs de tôle de 0,1 millimètre jusqu'à une épaisseur totale de 12 millimètres et une résistance à la traction allant jusqu'à 800 Newton par millimètre carré. Grâce à ce procédé, les poinçons et matrices forment des matériaux ductiles permettant d'obtenir un assemblage solide, indissociable, à verrouillage positif et à friction, semblable à un bouton poussoir. Comme la zone d'assemblage n'est pas affectée thermiquement, le propriétés des matériaux ne changent pas et il n'y a pas de déformation.

Pour les assemblages destinés aux applications de transmission d'énergie, telles que les rails d'alimentation des systèmes de piles à combustible, les connecteurs des cellules de batteries et les cellules de batteries sensibles à la chaleur, les fabricants utilisent l'eclinchage TOX. Les connexions électriques durables sont assurées par de nombreux microcontacts métalliques. Ces procédés de formage ne nécessitent aucun élément. Ils atteignent ainsi une résistance dynamique plus élevée tout au long de la durée de vie par rapport aux points de soudure. Ces assemblages sont étanches aux gaz et aux liquides. Il en résulte une résistance élevée à la corrosion. De plus, il est possible d'assembler des matériaux revêtus ainsi que différentes épaisseurs de matériaux. Autres avantages: le clinchage et l'eclinchage sont beaucoup moins coûteux et permettent de réduire considérablement l'empreinte carbone par rapport aux procédés de soudage habituels.

Outre l'assemblage sans élément, il existe également des technologies d'assemblage avec des outils auxiliaires, tels que le rivetage ou le sertissage d'éléments fonctionnels. “Ces deux procédés garantissent un assemblage solide et durable des composants du boîtier d'un pack de batteries comme le bac, le couvercle, les traverses et d'autres éléments de structure”, assure Monsieur Ortmann. Selon le type de conception, plus de 100 points d'assemblage peuvent parfois être nécessaires. Ils peuvent être conçus comme des connexions étanches aux gaz et aux liquides, amovibles ou non, afin d'éviter la corrosion ou le dégazage. Si l'étanchéité au gaz et au liquide du support de batterie doit également être assurée en cas d'arrachement du boulon de mise à la terre suite à un accident ou à une charge mécanique excessive, TOX propose le boulon RivetClinch. Ce système permet également de fixer avec fiabilité et étanchéité une plaque de refroidissement sur le support de batterie.

Pour la production de cellules de batteries, d'électrolyseurs et de piles à combustible, TOX propose le système de servopresse électromécanique TOX ElectricDrive Core. Il se compose de la servopresse électromécanique ElectricPowerDrive, d'un contrôleur avec commande intégrée et d'un logiciel intelligent. Il convient, entre autres, au formage, au sertissage, au poinçonnage, au marquage ainsi qu'à l'assemblage électriquement conducteur de tôles par eclinchage. “Nous pouvons configurer et adapter les système de façon modulaire en fonction de la tâche à réaliser”, affirme monsieur Ortmann.

Le logiciel est intuitif pour l'utilisateur. Il est compatible avec l'industrie 4.0. Il permet de configurer librement la surveillance process et détecte, par exemple, un nombre erroné de plaques bipolaires dans une pile d'électrolyse ou de piles à combustible. Le programme surveille le process de pressage en continu et attribue les paramètres de process pertinents aux différentes piles. "Notre système de presse permet de presser des piles avec des efforts allant jusqu'à 1 000 Newton et de maintenir ou de réajuster des efforts définis pendant le process de réglage sur de longues périodes", ajoute monsieur Ortmann.