Im Rahmen meiner technischen Beratungstätigkeit hatte ich die Gelegenheit, mich mit allen Aspekten der Herstellung und des Designs von EV-Batterien zu beschäftigen.
Die Batterie ist das teuerste Teil in einem Elektroauto, daher ist ein zuverlässiger Herstellungsprozess wichtig, um kostspielige Defekte zu vermeiden. Zudem ist die Nachfrage nach Batterien für Elektrofahrzeuge hoch, was die Hersteller unter Druck setzt, die Produktion zu maximieren, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen. Daher ist Roboterautomatisierung fast überall bei der Herstellung von Batterien zu finden.
Der Herstellungsprozess von elektrischen Batterien umfasst viele Schritte. Bevor wir auf die einzelnen Schritte eingehen, sollten wir uns die Struktur der Batteriezellen ansehen.
Inhaltsverzeichnis
Die wichtigste Komponente einer EV-Batterie ist die Zelle. In den Zellen wird die Energie der Batterie gespeichert. Es gibt zwar verschiedene chemische Zusammensetzungen, aber Lithium-Ionen-Batterien haben den größten Marktanteil, weil sie den besten Kompromiss zwischen Energiedichte und Kosten bieten.
Es werden drei Arten von EV-Batteriezellen produziert: zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Pouch-Zellen. Zylindrische Zellen sind bei weitem die beliebtesten, aber auch prismatische Zellen sind bedeutend.
Alle Zellenarten bestehen aus den folgenden, ähnlich zusammengesetzten Komponenten.
|  |
Eine Beschichtung, die Slurry genannt wird, wird auf die Stromabnehmer aufgetragen, um die Stromerzeugung und -leitung zu unterstützen. Die Slurry ist eine homogene Paste, die unter Vakuum gemischt wird, um sicherzustellen, dass sie keine Luftblasen oder Feuchtigkeit enthält.
Die Inhaltsstoffe sind:
Die Slurrys für Anoden und Kathoden enthalten nicht die gleichen Materialien. In Lithium-Ionen-Batterien zum Beispiel enthalten sie Lithium-Metalloxid für die Kathode und Graphit für die Anode.
Vor dem Mischen werden die Eigenschaften der in der Slurry verwendeten Rohmaterialien gemessen und validiert.
Sobald die Slurry fertig ist, werden die Elektrodenfolien in einer Maschine, dem Coater, damit beschichtet. Während dieses Prozesses werden folgende Vorgänge durchgeführt:
Die Elektrodenfolien werden so zugeschnitten, dass sie genau die benötigte Form haben. Die Blätter müssen nicht nur in das Gehäuse passen, sondern auch bestimmte Formfaktoren erfüllen.
Für die Großserienproduktion wird meist die Technologie des Laserschneidens verwendet. In kleineren Produktionsstraßen oder F&E-Laboren werden auch Stanzmaschinen eingesetzt.
Laserbeschriftung wird verwendet, um die Anoden- und Kathodenfolien dauerhaft mit 2D-Codes zu kennzeichnen. Dies wird verwendet, um:
Die Elektroden- und Separatorfolien bilden einen sogenannten Stapel. Jeder Stapel besteht aus einer Reihe von Folien, die abwechselnd angeordnet sind (Anode, Separator, Kathode, Separator, usw.) Der Stapel wird später in das Zellengehäuse eingelegt, sei es ein zylindrisches Gehäuse, ein prismatisches Gehäuse oder ein Pouch.
Zur Erstellung dieser Stapel werden verschiedene Methoden verwendet:
Ein Metallstreifen wird an den Anodenstapel aus Kupferfolien geschweißt, ein weiterer an den Kathodenstapel aus Aluminiumfolien. Diese Verbindungen können sowohl mit Ultraschallschweißen als auch durch Laserschweißen hergestellt werden. Diese Metallstreifen (oder Laschen) werden dann mit den Zellklemmen verbunden und später mit einer Busbar verbunden, um einen Stromkreis zu bilden.
Der Elektrolyt wird in das Gehäuse gegossen und von den Separatorfolien absorbiert. Die Wahl der Elektrolytchemie ist wichtig für die Leistung der Batterie. Zum Beispiel können Additive verwendet werden, um Faktoren wie die Viskosität zu beeinflussen und die Leitfähigkeit zu verbessern.
Nachdem der Elektrolyt eingegossen und absorbiert wurde, werden in einer Vakuumkammer mögliche Luftblasen entfernt. Dieser Schritt wird als Entgasung bezeichnet und sorgt dafür, dass der Elektrolyt sich gleichmäßig verteilt.
Das Gehäuse wird dann mit Methoden wie Crimpen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Heißversiegeln hermetisch verschlossen.
Das Formen umfasst das erstmalige Laden und Testen der Batteriezellen. Während dieses Schritts werden die Zellen verbunden und durchlaufen mehrere Lade- und Entladezyklen (mit Ruhephasen dazwischen), die dazu beitragen, die elektrochemischen Eigenschaften der Zellen festzulegen.
Der letzte Schritt der Zellenherstellung (vor der Modul- und Packmontage) ist die Zelleninspektion.
Nach dem Formen werden die Zellen abschließend getestet, um ihre elektrischen Eigenschaften wie Kapazität, Spannung und interner Widerstand zu überprüfen. Auch die mechanischen Eigenschaften werden mit Bildverarbeitungskameras überprüft. Zellen, die nicht den Anforderungen entsprechen, werden aussortiert.
Zellen mit gleichen Eigenschaften werden in Gruppen zusammengefasst. Sie werden in denselben Modulen montiert, um die hohe Leistung des gesamten Moduls zu gewährleisten.
Bei der Montage von Batteriemodulen und -packs werden Dicht- und Klebstoffe mit Hilfe einer Dosierhilfe aufgetragen. Klebstoffe werden verwendet, um Komponenten miteinander zu verbinden und gleichzeitig zusätzliche Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder Isolierung zu erzielen.
Sie werden auf Batteriegehäusen, Zellengehäusen und anderen Komponenten wie Kühlschläuchen angebracht. Die Aushärtungszeit wird mit aktiven Methoden wie der UV-Licht-Härtung kontrolliert, um Verzögerungen zu verhindern.
Um die Festigkeit der Klebeverbindungen zu maximieren, wird die Oberfläche mit einem Laser vorbereitet, bevor die Kleb- und Dichtstoffe aufgetragen werden. Dieses Verfahren entfernt alle Verunreinigungen und kann bei Bedarf die Oberflächenrauheit verändern.
Die positiven und negativen Laschen jeder Zelle werden mit einer Busbar verbunden, um einen vollständigen Stromkreis zu bilden. Die Busbar ist eine Metallfolie, die alle Zellen miteinander verbindet und sie zu seriellen und parallelen Schaltkreisen zusammenfasst. Diese Verbindungen werden kombiniert, um eine bestimmte Spannung und Kapazität zu erreichen. Früher wurden diese Verbindungen mit Ultraschall-Drahtbonders hergestellt, aber heute werden sie zunehmend mit Laserschweißgeräten hergestellt, da diese schneller sind und die Zellen nicht durch starke Vibrationen mechanisch belasten. Aus diesem Grund verwenden Automobilhersteller für zylindrische Zellen nur Laserschweißgeräte. |  |
Wenn der Akku zusammengebaut wird, müssen weitere Komponenten integriert werden, die für das gute Funktionieren des Akkus unabdingbar sind.
Laserax bietet Laserlösungen für die Produktion von EV-Batterien. Erfahren Sie mehr über unsere Lösungen hier. Oder kontaktieren Sie uns, wenn Sie eines der folgenden Themen besprechen möchten:
Quelle des Kopfzeilenbildes: Munro Live
Technical expert and consultant in batteries and electrical propulsion systems, Stéphane holds a Physics degree with specializations in Photonics, Optics, Electronics, Robotics, and Acoustics. Invested in the EV transformation, he has designed industrial battery packs for electrical bikes. In his free time, he runs a YouTube channel on everything electrical.
Lithium-Ionen-Batterien stellen seit Jahren eine zuverlässige Stromversorgung für eine Vielzahl von Geräten und Elektrofahrzeugen dar. Doch nun kündigt sich mit den Festkörperbatterien eine neue Generation von Stromspeichern an, die das Potenzial hat, die Branche zu revolutionieren. Es stellt sich jedoch die Frage, inwiefern diese Behauptung zutrifft.
Batteriewärmemanagement ist in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen unerlässlich, um die Temperatur der Batterien zu regulieren. Dabei werden Kühl- und Heizsysteme verwendet, um die Temperatur in einem optimalen Bereich zu halten, Temperaturschwankungen zwischen Zellen zu minimieren, Supercharging zu ermöglichen, Fehlfunktionen und thermisches Durchgehen zu verhindern und die Lebensdauer der Batterie zu maximieren.
Der Rotor überträgt die Energie aus den Batterien auf die Räder eines Elektrofahrzeugs. Die Herstellung von Rotoren mit den neuesten Technologien verbessert die Effizienz des Motors in vielerlei Hinsicht.
