


Das Schweißen der Lötfahnen ist ein entscheidender Prozess für den reibungslosen Betrieb von Batterien. Unachtsamkeiten können die Leistung und die Reichweite der Batterie beeinträchtigen, ihre mechanische Festigkeit verringern, ihren thermischen Wirkungsgrad senken und sogar Sicherheitsprobleme verursachen.
Für die Herstellung aller erforderlichen Verbindungen von Lötfahne zu Lötfahne (Folie zu Lötfahne, Lötfahne zu Stromschiene usw.) werden verschiedene Schweißverfahren eingesetzt, darunter Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Widerstandsschweißen und Mikro-WIG-Schweißen. Ob eine Methode besser geeignet ist als eine andere, hängt von den Anforderungen ab, z. B. von der Kombination der Materialien und der Dicke der Lötfahnen.
Was sind Lötfahnen einer Batterie?
Lötfahnen sind die positiven und negativen Anschlüsse, die den elektrischen Strom der Zellen leiten. Jeder Anschluss ist mit der Stromschiene eines Moduls (oder mit einer Kollektorplatte) verbunden, die den positiven und negativen Strom auf neue Anschlüsse umverteilt. Mehrere Module werden auf die gleiche Weise miteinander verbunden und bilden das Batteriemodul.
Im Inneren des Zellgehäuses sind die Streifen mit Stromkollektoren oder Folien verbunden, die aus hochleitenden Materialien wie Aluminium und Kupfer bestehen. Sie übertragen den positiven und negativen Strom von den Elektroden.
Lötfahnen von Batterien werden für alle Zelltypen gleich verwendet, haben aber unterschiedliche Formen. Hier sehen Sie, wo diese positioniert sind und wie sie je nach Antriebszellentyp aussehen.
Zylindrische Zellen
Prismatische Zellen | Pouch-Zellen |
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Die Abbildungen wurden von der Battery University (zylindrische Zellen), Stefano Landini (prismatische Zellen) und Jaguemont et al (Pouch-Zellen) bereitgestellt.
Welche Methoden werden beim Schweißen von Lötfahnen verwendet?
In einem Batteriemodul sind Hunderte und manchmal Tausende von Schweißnähten erforderlich, um die Verbindungen zwischen den Zellen und den Anschlüssen herzustellen. Die Anschlussfahnen und -klemmen sind nicht nur mit den Stromschienen und Kollektorplatten verbunden, sondern auch mit den Stromabnehmern in den Zellen.
Die Qualität dieser Verbindungen ist ausschlaggebend für die Qualität der Batterie, wobei selbst eine Ausfallrate von einem Prozent ein ernstes Problem darstellt. Es sind geeignete Maßnahmen erforderlich um sicherzustellen, dass die Oberflächen vor dem Schweißen sauber sind, z. B. durch eine Laserreinigung oder die Arbeit in einer kontrollierten Umgebung.
Es ist nicht immer einfach zu wissen, wann welches Schweißverfahren anzuwenden ist. Gehen wir einzeln auf die Verfahren ein.
Ultraschallbonden
Beim Ultraschallbonden oder Ultraschallschweißen werden durch Ultraschall Schwingungen zwischen den zu verbindenden Materialien erzeugt. Durch die schnelle Reibung zwischen den Materialien entsteht genügend Wärme, um sie beinahe sofort zu verbinden.
Diese Technologie wird sowohl für die Schweißung von Folien auf Lötfahnen als auch für die Verbindung von Zellen mit Stromschienen über Drähte, dem sogenannten Ultraschall-Drahtbonden, eingesetzt.
Hier ein Beispiel für das Verschweißen von Folie und Lötfahne mit einem Ultraschallschweißgerät.
Laserschweißen
Laserschweißen ist ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, bei dem ein stark gebündelter Lichtstrahl zum Verbinden von Oberflächen verwendet wird. Der Laserstrahl wird über sich ultraschnell bewegende X-Y-Spiegel gelenkt und bewegt. Dies bietet eine große Flexibilität, die es ermöglicht, jede beliebige Verbindungsform sowie kundenspezifische Schweißmuster zu verschweißen.
Faserlaser sind die idealen Laser für das Batterieschweißen. Sie können dünne oder dicke Lötfahnen verschweißen und Kupfer, Aluminium, Stahl und Nickel sowie artfremde Materialien verarbeiten.
Das Laserschweißen kann sowohl für die Verbindung von Lötfahne zu Sammelschiene als auch für die Verbindung von Folie zu Lötfahne verwendet werden. Unten sehen Sie ein Beispiel für Stromschienenverbindungen.
Widerstandsschweißen
Das Widerstandsschweißen, auch Punktschweißen genannt, ist ein Verfahren, bei dem Kupfer- oder Wolframelektroden verwendet werden, die für den Schweißvorgang mit elektrischem Strom geladen werden. Während Druck auf die zu schweißende Stelle ausgeübt wird, fließt ein elektrischer Strom durch die Elektroden. Dadurch wird an der Kontaktstelle Wärme erzeugt und die beiden Metalle werden miteinander verbunden.
Das Widerstandsschweißen kann für Schweißnähte zwischen Folie und Lötfahne und zwischen Lötfahne und Busbar verwendet werden. Es handelt sich um ein kostengünstiges Schweißverfahren, das ideal für Heimwerker ist, sich jedoch auch automatisieren lässt.
Hier ist ein Beispiel für Schweißnähte, die mit einem Punktschweißgerät ausgeführt wurden.
Mikro-WIG-Schweißen
Beim Mikro-WIG-Schweißen, das auch als Impulslichtbogenschweißen bezeichnet wird, wird eine kleine, mit Strom geladene Elektrode verwendet, um ein Hochtemperaturplasma zu erzeugen, das das Metall in einem kleinen Bereich schmilzt. Wie der Name schon andeutet, ist das „Mikro“-WIG-Schweißen für kleine Werkstücke gedacht und eignet sich daher perfekt für kleine Batteriekomponenten.
Diese Methode funktioniert gut bei dickem Kupfer und kann für das Schweißen von Lötfahnen an Sammelschienen verwendet werden. Hier sehen Sie ein Beispiel für das Schweißen von Kupferlötfahnen.
Laserreinigung: Die perfekte Methode zur Schweißnahtvorbereitung
Es ist kein Geheimnis: Die Herstellung von hochwertigen Verbindungen ist entscheidend für die Gesamtqualität einer Batterie. Sie minimiert den Energieverlust und die Wärmeentwicklung beim Laden und Entladen und verbessert die Haltbarkeit und mechanische Zuverlässigkeit der Batterie.
Bei Elektrofahrzeugen sind Lithium-Ionen-Batterien die teuersten Komponenten und Rückrufe müssen um jeden Preis vermieden werden.
Die Hersteller sollten darauf achten, dass die Oberflächen vor dem Schweißen vollkommen sauber sind. Die Hochleistungslaserreinigung ist hierfür ideal, da sie Beschichtungen, Elektrolyte und Oxide schnell, gleichmäßig und präzise entfernt.
So sieht der Prozess aus.
Wenn Sie eine Anwendung haben, für die die Laserreinigung oder das Laserschweißen von Vorteil sein könnte, wenden Sie sich noch heute an einen Laserax-Experten.