#1 | 2019
SYN] Magazin
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Was Sie über das Fügen von Hochvoltbatterien wissen sollten!

Das richtige Fügeverfahren hat großen Einfluss auf die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer einer Hochspannungs-Batterien für Elektrofahrzeuge.

1. Zellverklebung: Blasenfreies Resultat ist eine Frage der Sicherheit 

Um die erforderliche Energie zu liefern, müssen prismatische Zellen fest zu Zellstapeln verbunden werden. Die Zellen sind allerdings sehr empfindlich und dürfen im Fügeprozess keiner Hitze oder starker Krafteinwirkung ausgesetzt werden. Durch den Einsatz von 2K-Verklebung ist keine externe Hitze für das Aushärten erforderlich und die Verbindung erfüllt die höchsten Anforderungen an das Crashverhalten. Durch den Einsatz von 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 dabei sehr präzise aufgebracht werden, um Lufteinschlüsse zu vermeiden und einen vollständigen Kontakt und Isolierung sicherzustellen. Im Falle einer Kollision können Lufteinschlüsse zu Kurzschlüssen führen – ein enormes Sicherheitsrisiko bei Hochspannungssystemen.

2. Verstärkung von Zellstapeln: Kaltverbindung erforderlich   

Um die Batterie im Falle einer Kollision zu schützen, können Zellstapel mit seitlichen Streben 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 Fügeverfahren bringt keine Wärme in die Zellen ein und erzeugt keine gefährlichen Dämpfe oder Schweißmassenspritzer. Durch Stanznieten können mehrere Schichten aus verschiedenen Materialien wie Aluminium oder Stahl gefügt werden. Der Verbindungsprozess ist sehr zuverlässig mit kurzen Zykluszeiten. Das ermöglich eine große Designfreiheit und maximale Sicherheit bei hoher Produktivität. 

3. Gap-Filler: Applizieren der Wärmeleitpaste 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, der sogenannte Gap-Filler (dt. Lückenfüller), aufgetragen. Um die thermische Leitfähigkeit zu garantieren, ist ein blasenfreies Ergebnis entscheidend. Das ist eine Herausforderung, weil das flüssige Material in großen Mengen aufgetragen wird. Es erfordert eine präzise Dosiertechnik. Zusätzliche Überwachungsfunktionen können von Vorteil sein. Kamerabasierte Systeme überwachen beispielsweise die Position der Raupe, um ein präzises Ergebnis zu gewährleisten. Applikationsfehler werden erkannt und können sofort korrigiert werden. Dies hält die Zykluszeit kurz und reduziert die Kosten für Nacharbeit oder Qualitätssicherung. Manche Gap-Filler sind hochabrasiv, was die Anlage schnell verschleißen kann. Die Systemkomponenten wie Materialversorgung und Dosierer müssen so ausgelegt sein, dass sie große Mengen an anspruchsvollen Materialien bei einer hohen Produktivität handhaben können.

4. Modul-Montage: Kontrolliertes Schrauben im weichen Schraubfall 

Die Batterie-Module müssen auf der flüssigen Wärmeleitpaste angebracht werden. Das kann mit Schraubtechnik gelöst werden. Doch das weiche Verbindungsverhalten des Gap-Fillers ist problematisch. Bei schlechten Verschraubungen wird die Paste herausgedrückt oder es verbleiben Lufteinschlüsse. Um eine gleichmäßige Verteilung und vollständigen Kontakt zwischen den Batterie-Modulen und der Wärmeleitpaste zu garantieren, muss der Schraubprozess voll kontrollierbar sein. Eine elektronisch gesteuerte Mehrspindel-Lösung eignet sich besonders gut, um ein gleichmäßiges Festziehen zu erreichen. Durch synchrones Arbeiten im Endanzug wird die Zykluszeit reduziert und jedes Modul wird gleichmäßig im Batteriefach angebracht. Bei der Parameterwahl muss das Verhalten der flüssigen Wärmeleitpaste beachtet werden, um optimalen Kontakt herzustellen.

5. Abdichtung: Schutz gegen Feuchtigkeit und Gase ist entscheidend  

Sobald alle Module befestigt sind und das Batterie-Management-System installiert ist, muss die Batterieschale abgedichtet werden. Es darf keine Feuchtigkeit eindringen, weil sich sonst die Leistung der Batterien dramatisch verschlechtert und es zu Schäden und Korrosion kommen kann. Darüber hinaus produziert die Batterie Gase, die für die Fahrzeuginsassen schädlich sein können. Der interne Raum muss komplett von innen und außen abgedichtet sein. Dafür ist eine genaue und lückenlose Applikation der flüssigen Dichtung entscheidend. Dies kann entweder auf dem Deckel oder in der Schale erfolgen. Da die Batterie keiner Hitze ausgesetzt werden kann, sind Materialien wie z. B. 1K-Heißbutyl, 2K-Polyurethan oder 2K-Silikon geeignet. Sie erfordern kein Aushärten im Ofen. Heißbutyl kann darüber hinaus wieder entfernt werden, etwa für Wartungsarbeiten. Unabhängig vom Material muss die Applikation des Materials gleichmäßig sein. Besonders der Nahtanfang und das Nahtende müssen präzise sein, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten.

6. Deckelmontage: Lösbare Verbindung gefordert  

Zum Schluss wird der Deckel auf dem Batteriegehäuse montiert. Jetzt ist das Gehäuse nur von außen zugänglich. Das muss bei der Auswahl der Verbindungstechnik beachtet werden. Diese Fügeverbindung sollte lösbar sein, um die Wartung und Demontage zu vereinfachen. Die Fließlochschraubtechnik erfüllt diese Anforderungen perfekt. Dabei wird das Fügelement mit hoher Drehzahl und hohem Druck rotiert, um die Oberfläche aufzuwärmen. Das Material wird weich und das Fügelement kann in das Metall fließen und ein Gewinde formen – eine effiziente und flexible Verbindungstechnik für verschiedene Materialien. Der Prozess bietet eine zuverlässige mechanische Verbindung. Sie ist lösbar und erfordert nur einseitigen Zugang. Die metallischen Komponenten sind in einer leitfähigen Verbindung und bilden einen Faraday’schen Käfig, der elektromagnetische Störungen verhindert.


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