Batteriepakete 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 Batteriepack die Leistung, die Reichweite und die Gesamtkosten des Fahrzeugs.
Ein typisches Batteriepack 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 unterschiedlichen Metallen hergestellt werden.
Sobald die Zellen und Module verbunden sind, wird der gesamte Batteriepack 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 der mechanischen Gehäuse, die 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 ein koordiniertes Laden und Entladen.
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 ungleichartig 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 Batteriepaketen, die Zweistrahl-Laser mit einstellbarem Modus und Echtzeit-Laserschweißnahtmessung verwenden, ermöglichen ein gering poröses und spritzerfreies Schweißen von Kupferverbindungen sowie eine unübertroffene Qualitätssicherung der Schweißnähte, die eine sofortige Nachbesserung fehlerhafter Schweißnähte aufgrund von Mängeln bei 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 schützt. 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 Integrität 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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