Batteriepacks sind im Wesentlichen eine Sammlung einzelner Batteriemodule, die aus Li-Ionen-Batteriezellen bestehen, die so angeordnet und verbunden sind, dass sie die für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs erforderliche Energie liefern. Als eine der wichtigsten Komponenten des Fahrzeugs bestimmt das Batteriepaket die Leistung, die Reichweite und die Gesamtkosten des Fahrzeugs.
Ein typisches Batteriepaket besteht aus einer großen Anzahl einzelner Batteriezellen und -module, die in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus beidem verbunden sein können. In vielen Fällen müssen diese Verbindungen zwischen ungleichen Metallen hergestellt werden.
Nachdem die Zellen und Module verbunden wurden, wird das gesamte Batteriepaket umschlossen. Die mechanischen Gehäuse, mit denen die Batteriepacks umschlossen werden, schützen sie nicht nur, sondern dienen auch als Strukturelemente im Fahrzeug.
Daher umfasst der Bau von Batteriepacks im Allgemeinen zwei miteinander verbundene Prozesse: die Herstellung der elektrischen Verbindungen und mechanischen Gehäuse, welche die elektrischen Elemente umschließen.
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EV-Batteriepacks: Herausforderungen der Hochgeschwindigkeits-Produktion
Verbindungen
Ordnungsgemäß verbundene elektrische Verbindungen sorgen dafür, dass die Batteriezellen und -module als einheitliches Energiespeichersystem zusammenarbeiten. Sie leiten den elektrischen Strom zwischen den genannten Elementen und ermöglichen eine koordinierte Ladung und Entladung.
Die Verbindungen müssen für die hohen Ströme und Spannungen ausgelegt sein, die beim Laden und Entladen entstehen. Bei der Konstruktion müssen auch der Widerstand und die Wärmeentwicklung berücksichtigt werden, die zu Ineffizienzen führen und die Lebensdauer der Batteriezellen verkürzen können.
Die größte Herausforderung bei der Herstellung dieser Verbindungen besteht darin, dass die verwendeten Materialien meist ungleich oder beschichtet sind, was eine spezielle Verarbeitung erfordert. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit dieser Materialien ist es außerdem wichtig, dass die Spritzer gering sind, um potenzielle Probleme mit der Kurzschlusszuverlässigkeit zu vermeiden.
Faserlaserschweißlösungen für elektrische Verbindungen in Batteriepacks, die Zweistrahl-Laser mit einstellbarem Modus und Echtzeit-Laserschweißnahtmessung verwenden, ermöglichen ein porenarmes und spritzfreies Schweißen von Kupferverbindungen sowie eine unübertroffene Qualitätssicherung der Schweißnähte, die eine sofortige Nachbesserung fehlerhafter Schweißnähte aufgrund von Mängeln in der Materialqualität, der Teilehandhabung oder Verschmutzung ermöglicht. Diese Nacharbeit kann ganze Batteriemodule retten.
Gehäuse
Gehäuse für Batteriepacks bestehen in der Regel aus einem starren und haltbaren Material wie Aluminium, Stahl oder verstärktem Kunststoff, das Beschädigungen durch Stöße, Vibrationen, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse standhält und die Zellen und Module im Falle eines Aufpralls schützen kann. Sie bieten auch eine thermische Isolierung und tragen dazu bei, die von den Zellen während des Ladens und Entladens erzeugte Wärme abzuleiten.
Daher sind Schweißnähte mit hoher Zuverlässigkeit und Festigkeit eine zwingende Voraussetzung. Wie beim Schweißen elektrischer Verbindungen ermöglichen Zweistrahl-Laser mit einstellbarem Modus das Schweißen von Aluminiumgehäusen mit geringer Porosität sowie das Hochgeschwindigkeitsschweißen von Gehäusen bei laufender Produktion.
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