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Sechs Dinge, die Sie über die Montage von EV-Batterien wissen sollten

Die Montage eines Hochspannungs-EV-Akkus hat großen Einfluss auf die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie. Die Wahl der richtigen Verbindungstechnik für die besonderen Anforderungen der Batterieherstellung und die Wahl eines effizienten Fügeverfahrens ist entscheidend. Das ist der Grund, warum Sie über Folgendes Bescheid wissen sollten...

10. September 2019

Klebe- und Dosiertechnologie

Lösungen für Elektromobilität

Mit innovativen Verbindungstechnologien und breiter Fachkenntnis im Bereich Batterie-Montage ist Atlas Copco Ihr strategischer Partner für die Elektromobilität. Werfen Sie einen Blick auf unsere Vorführungsvideos und erfahren Sie mehr über unsere Lösungen für die Fertigung von Batterien.


1. Verklebung von Zelle zu Zelle: Blasenfreies Resultat ist eine Frage der Sicherheit


Um die erforderliche Energie zu liefern, müssen prismatische Zellen fest auf den Brennstoffzellenstacks befestigt werden. Dies ist eine große Herausforderung, weil die Zellen sehr empfindlich sind. Keine Wärme oder Kraft kann beim Verbindungsprozess angewendet werden.

Durch den Einsatz von 2C-Verklebung ist keine externe Hitze für das Härten erforderlich, und die Verbindung erfüllt die höchsten Anforderungen in Bezug auf Robustheit und Stoßverhalten. Durch den Einsatz von leichten, elastischen Klebstoffen werden Schwingungen beim Betrieb aufgefangen, was die Lebensdauer der Batterie erhöht. Dadurch können sich die Zellen beim Laden und Entladen auch leicht ausdehnen. Der Klebstoff muss genau und zuverlässig aufgebracht werden, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dies ist von entscheidender Bedeutung für vollständigen Kontakt und Isolierung. Im Falle einer Kollision können Lufteinschlüsse zu Kurzschlüssen führen – ein enormes Sicherheitsproblem bei Hochspannungssystemen.

2. Verstärkung von Brennstoffzellenstacks: Kaltverbindung ist erforderlich


Um die Batterie im Falle einer Kollision zu schützen, können Brennstoffzellenstacks mit seitlichen Schwingungsbegrenzern verstärkt werden. Herkömmliche Verbindungstechniken wie Punktschweißen sind für diesen Montageschritt nicht geeignet, weil dadurch Hitze und Schweißmassenspritzer entstehen, die die empfindlichen Zellen schädigen können.

Die Lösung ist ein kaltes Verbindungsverfahren wie Stanznieten. Dieses saubere und rein mechanische Verbindungsverfahren bringt keine Wärme in die Zellen und generiert keine gefährlichen Dämpfe oder Schweißmassenspritzer. Durch Stanznieten können mehrere Schichten aus verschiedenen Materialien wie Aluminium oder Stahl, die elektrische Leitfähigkeit für die Erdung bieten. Der Verbindungsprozess ist sehr zuverlässig mit kurzen Zykluszeiten. Dies bietet große Freiheiten für den Entwurf und maximale Sicherheit, während die Produktivität auf einem hohem Niveau gehalten wird.

3. Lückenfüller: Verteilung der Paste für thermische Leitfähigkeit ist eine Herausforderung


Eine große Herausforderung bei der Herstellung von Batterien ist die Temperaturregelung. Akkuzellen müssen in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben werden, um ihre Leistung zu bewahren und Überhitzung zu vermeiden. Aus diesem Grund wird eine Wärmeleitpaste aufgetragen. Um die thermische Leitfähigkeit zu garantieren, ist ein blasenfreies Resultat entscheidend. Dies stellt eine Herausforderung dar, weil das flüssige Lückenfüllmaterial in großen Mengen aufgetragen wird. Es erfordert eine präzise Messtechnik. Zusätzliche Überwachungsfunktionen können von Vorteil sein. Laser- oder Kamera-basierte Systeme überwachen beispielsweise die Position der Perle, um ein präzises Ergebnis zu gewährleisten. Anwendungsfehler werden erkannt und können sofort korrigiert werden. Dies hält die Zykluszeit kurz und reduziert die Kosten für Nachbesserungen oder Qualitätssicherung.

Es muss auch berücksichtigt werden, dass die Lückenfüllmaterialien hoch abriebfest sind und die Verteilungsgeräte schnell verschleißen können. Die Systemkomponenten wie z. B. Materialversorgung und Messinstrumente müssen so ausgelegt sein, dass sie große Mengen an anspruchsvollen Materialien bei einer hohen Produktivität handhaben können.

4. Modul-Montage: Weiche Gelenke müssen kontrolliert festgezogen werden


Die Batterie-Module müssen auf den flüssigen Lückenfüllern unten in der Schale angebracht werden. Dies kann mit Festziehen erreicht werden. Aber das weiche Verbindungsverhalten des Lückenfüllers ist problematisch. Die Paste wird leicht herausgedrückt oder Lufteinschlüsse verbleiben.

Um gleichmäßige Verteilung und vollständigen Kontakt zwischen den Batterie-Modulen und der Wärmeleitpaste zu garantieren, muss das Festziehen voll kontrollierbar sein. Eine elektronisch gesteuerte Mehrspindler-Lösung wird empfohlen, um ein gleichmäßiges Festziehen zu erreichen. Durch synchrones Arbeiten beim endgültigen Festziehen wird die Zykluszeit reduziert und jedes Modul wird gleichmäßig im Fach angebracht. Bei der programmierten Festziehstrategie muss das Verhalten der flüssigen Wärmeleitpaste beachtet werden, um optimalen Kontakt herzustellen.

5. Abdeckungsdichtung: Schutz gegen Feuchtigkeit und Gase ist entscheidend


Sobald alle Module gut befestigt sind und das Batterie-Management-System installiert ist, muss die Schale abgedichtet werden. Es ist entscheidend, das Eindringen von Feuchtigkeit zu vermeiden, da sich sonst die Leistung der Batterien dramatisch verschlechtert, und es kann zu Schäden und Korrosion führen. Darüber hinaus produziert die Batterie gefährliche Gase, die für die Passagiere schädlich sein können. Der interne Raum muss komplett von innen und außen abgedichtet sein.

Dafür ist eine genaue und lückenlose Anwendung von Dichtungsmaterial von entscheidender Bedeutung. Dies kann entweder auf dem Deckel oder in der Schale erfolgen. Da der Akku nicht übermäßiger Wärme ausgesetzt werden kann, sind Materialien wie z. B. 1C heißes Butyl, 2C Polyurethan oder 2C Silikon geeignet. Sie erfordern kein Aushärten im Ofen. Heißes Butyl ist auch abnehmbar für Wartungsarbeiten. Unabhängig vom Material muss die Anwendung einheitlich sein, und es ist besonders wichtig, dass der Anfang und das Ende der Perle genau platziert sind, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten.

6. Verbindung zwischen Deckel und Schale: Wartungsfreundlichkeit fordert umkehrbare Verbindungen


Schließlich wird der Deckel auf dem Gehäuse montiert. In dieser Stufe ist das Gehäuse nur von außen zugänglich, und das muss bei der Auswahl der Verbindungstechnik beachtet werden. Diese Bindung sollte auch abnehmbar sein, um die Wartung und den Abbau zu vereinfachen.

Die Strom-Bohr-Verbindungstechnik erfüllt diese Anforderungen perfekt. Die Schraube wird mit hoher Drehzahl und hohem Druck gedreht, um das Material aufzuwärmen. Dies ermöglicht es der Befestigung, durch den Materialstapel zu drücken, und in diesem Prozess das Gewinde zu schneiden - eine effiziente und flexible Verbindungstechnik für Multi-Material-Stapel. Der Prozess bietet eine zuverlässige mechanische Verbindung, ist umkehrbar und erfordert nur einseitigen Zugriff. Keine Vorbereitung der Oberfläche ist erforderlich. Die metallischen Komponenten sind daher in einer leitfähigen Verbindung und bilden einen Faradayschen Käfig, der elektromagnetische Störungen verhindert.