Elektrofahrzeughersteller arbeiten mit Hochdruck daran, neue Modelle auf den Markt zu bringen. Sie sehen sich jedoch mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert, beispielsweise der Nachfrage nach kürzeren Ladezeiten oder leichteren Batterien. Viele Herausforderungen in Bezug auf Leistung und Nachhaltigkeit gehen auf den Batterieherstellungsprozess selbst zurück. Nachfolgend werden daher einige große Herausforderungen sowie Möglichkeiten betrachtet, diese zu überwinden.
Große Herausforderungen bei der Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge
1. Erfüllung der Sicherheitsanforderungen
Das Temperaturmanagement ist eine der größten Herausforderungen. Batteriezellen müssen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs betrieben werden, um die Leistung zu erhalten und Überhitzung zu vermeiden. Aus diesen Gründen wird eine Wärmeleitpaste aufgetragen. Allerdings kann die Verwendung des sogenannten Gap Fillers in großer Menge zu Lufteinschlüssen führen, die die Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigen.
Um die Batterie im Falle einer Kollision zu schützen, können Zellstapel mit seitlichen Metallstreben verstärkt werden. Herkömmliche Verbindungstechniken wie Punktschweißen sind jedoch nicht geeignet, da dadurch Hitze und Schweißspritzer entstehen, die die empfindlichen Batteriezellen beschädigen können.
Die Sicherheit des Bedieners muss während der Produktion von Batterien für Elektrofahrzeuge gewährleistet sein, da die Zellen und Module, aus denen die Batterie besteht, elektrisch geladen sind und Gleichspannungswerte von einigen Hundert bis zu 1000 Volt aufweisen. Es muss eine Risikobewertung durchgeführt werden. Ihre Bediener müssen in sicheren Arbeitspraktiken für die Montage von Batterien für Elektrofahrzeuge geschult sein. Außerdem müssen sie mit Spezialwerkzeugen ausgestattet sein, die für das Arbeiten an elektrischen Batterien mit einer Spannung von bis zu 1000 V erforderlich sind (IEC 60900).
2. Sicherstellung der Qualität
Der Innovationswettlauf kann in jeder Branche zu schlechterer Qualität führen. Unerkannte Mängel, die während der Batterieherstellung entstehen, führen zu kostspieligen Rückrufaktionen in der Elektrofahrzeugbranche. Dazu gehören Applikationsfehler bei der Zellverklebung oder der Batterieabdichtung oder beim Umgang mit den vielen verschiedenen zu verbindenden Materialien, wie hochfester Stahl und Aluminium.
3. Steigende Kosten
Wenn es darum geht, bei der Herstellung von Batterien in großen Mengen Kosten zu sparen, hilft jede noch so kleine Einsparung. Konzentrieren Sie sich darauf, Nacharbeit, Ausschuss und Materialverschwendung zu reduzieren. Insbesondere bei Klebe- und Dosieranwendungen besteht ein hohes Optimierungspotenzial.
4. Die Sicherheit, Langlebigkeit und Leistung von Batterien für Elektrofahrzeuge muss optimiert werden
Dem Szenario „Nachhaltige Entwicklung“ (Sustainable Development Scenario) der Internationalen Energieagentur zufolge soll die Anzahl der Elektrofahrzeuge weltweit jährlich um 36 % steigen, auf 245 Millionen Fahrzeuge im Jahr 2030. Das sind 30 Mal so viele Elektrofahrzeuge wie heute. Durch die schnell steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen entstehen für die Fahrzeughersteller eine Reihe neuer Herausforderungen in Bezug auf die Produktion von Materialien und Batteriesystemen sowie auf Verbindungstechnologien, da das Gewicht reduziert werden muss – ein entscheidender Faktor für die Reduzierung der CO2-Emissionen.
Da die Batterien ein hohes Gewicht haben, müssen Automobilingenieure neue Methoden entwickeln, um neue Elektroautos so leicht wie möglich zu machen und gleichzeitig die Reichweite zu erhöhen. Neben der Gewichtsreduzierung müssen die verschiedenen Batterietypen, die in den Antriebssystemen verwendet werden, hinsichtlich Sicherheit, Langlebigkeit und Leistung optimiert werden.
Herausforderungen bei der Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge überwinden
Das Gewicht, die Kapazität und die Ladezeiten von Batterien für Elektrofahrzeuge müssen verbessert werden, um Leistungsanforderungen zu erfüllen und die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Es ist von großer Bedeutung, dass der Batteriemontageprozess auf Anhieb beim ersten Mal korrekt ausgeführt wird.
1. Sicherheit geht vor
Sicherheit beginnt mit den Rohstoffen für die Zellproduktion. Mithilfe von Machine-Vision-Lösungen können Mängel in der Trennfolie oder der Beschichtung der Elektroden gefunden werden. Das ist besonders wichtig, denn wenn diese beschädigt sind, können Kurzschlüsse auftreten.
Fügen Sie eine Brandschutzschicht hinzu: Wenn Batteriezellen sich entzünden, besteht die Gefahr, dass die Batterieabdeckung durchbrennt. Eine Schicht aus feuerfestem Material in der richtigen Dicke auf der Abdeckung aufgetragen, sorgt dafür, dass das Feuer so lange wie möglich unter Kontrolle bleibt.
Dichten Sie die Batterieschale und die Abdeckung ab, um Feuchtigkeit von der Batterie fernzuhalten und den Fahrer vor schädlichen Gasen zu schützen. Verwenden Sie ein hochpräzises Applikationssystem für das Auftragen des Dichtstoffs. Im Idealfall bietet das Applikationssystem eine Inspektionslösung zur visuellen Überprüfung der Raupe, um Lücken, Luftblasen oder Materialanhäufungen, die zu Schwachstellen und Leckagen führen können, in der Dichtung zu erkennen.
Für Arbeiten an unter Spannung stehenden Batteriekomponenten ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich, um die Bediener vor Stromschlägen zu schützen. Wir ermöglichen Fahrzeugherstellern, Risiken durch eine Reihe von Maßnahmen zu mindern, darunter vollständig isolierte Steckschlüssel und Schnellwechseladapter sowie isolierte Werkzeugabdeckungen und Abrutschschutzelemente für handgeführte elektrische Montagewerkzeuge zum Arbeiten an elektrischen Batterien von bis zu 1000 V (IEC 60900).
2. Keine Kompromisse bei der Qualität eingehen
Die Qualität des Herstellungsprozesses von Batterien für Elektrofahrzeuge beginnt mit den Rohstoffen. Eine visuelle Überprüfung der Trennfolie und der Beschichtung können helfen, Materialfehler vor der Weiterverarbeitung zu finden. Überprüfen Sie unbedingt auch jede fertige Batteriezelle auf Oberflächenschäden. Mit unseren Lösungen geht das bei voller Produktionsgeschwindigkeit und ohne Beeinträchtigung der Produktivität.
Bei der Arbeit mit handgehaltenen und handgeführten Werkzeugen sollten Sie den Bediener bestmöglich unterstützen, um höchste Qualität zu liefern. Prozesssteuerungs- und Positionierungslösungen helfen dabei, das Schraubwerkzeug präzise zu positionieren und die richtige Reihenfolge im Schraubprozess zu gewährleisten.
Bei der Arbeit mit automatisierten Fügetechnologien sollten die Lösungen zusätzliche Qualitätssicherungsfunktionen bieten: Die Erkennung von Vorbohrungen für Fließlochschrauben, die Zentrierung und die korrekte rechtwinklige Ausrichtung des Verbindungselements im Prozess sorgen für eine sichere Verbindung. Für Stanznieten ist eine vorbeugende Überprüfung der Matrize erforderlich, um Anzeichen von Verschleiß sofort zu erkennen. Bei Dosiersystemen sollte immer eine Qualitätsprüfung der Kleb- oder Dichtstoffraupe durchgeführt werden.
3. Die Kosten im Auge behalten
Für das Temperaturmanagement ist die Applikation großer Mengen kostspieliger Wärmeleitpaste in der Batteriewanne notwendig. Unsere Applikationstests zeigen Materialeinsparungen von bis zu 20 %, wenn Sie ein intelligent angepasstes Applikationssystem verwenden. Unsere Lösung Smart.Adjust vermisst die Batteriewanne, berechnet exakt die benötigte Materialmenge, passt die Applikation entsprechend an und kontrolliert das Ergebnis.
Herkömmliche Pumpen lassen eine beträchtliche Menge an Material im Fass zurück. Stellen Sie sicher, dass Sie innovative Pumpenlösungen verwenden, die das im Fass verbleibende Material und den Spülaufwand beim Fasswechsel minimieren. Auf diese Weise können Sie bis zu einer Million Euro pro Jahr und Pumpe sparen.
Nacharbeit ist ein enormer Kostenfaktor, insbesondere beim manuellen Verschrauben. Sie können die Nacharbeit bei der Verwendung von Verschraubungslösungen mit Schraubenpositionierung erheblich reduzieren. Durch die Bedienerführung werden Mängel und Ausschuss reduziert.
4. Nachhaltigkeit kommt mit der Technologie
Verwenden Sie lieber Stanznieten als Widerstandspunktschweißen: Zum Fügen der Batterieschale können Sie verschiedene Verbindungstechnologien verwenden, z. B. Punktschweißen oder Stanznieten. Stanznieten bietet einen sauberen, kalten Verbindungsprozess und ist energieeffizienter. Wenn eine durchschnittliche Batterieschale 500 Aluminiumverbindungen umfasst, werden beim Stanznieten im Vergleich zum Punktschweißen etwa 9,575 kWh weniger pro Batterie benötigt. Das entspricht einer Einsparung von 1005 Tonnen CO2 pro Jahr bei einem Volumen von 150.000 Schalen.
Verwenden Sie lieber eine Magazinlösungen für das Fließlochschrauben als eine konventionelle Schraubenzuführung. Beim Fließlochschrauben müssen viele Fügeelemente in kurzen Zykluszeiten verarbeitet werden. Für ein Standardzuführsystem benötigen Sie Druckluft, um die Fügeelemente durch einen Schlauch zum Fügewerkzeug zu transportieren. Das hat einen hohen Energieverbrauch zur Folge. Eine Magazinlösung, bei dem die Fügeelemente direkt ins Fügewerkzeug geladen werden, kann den Druckluftverbrauch im Vergleich zu einem herkömmlichen Zuführsystem um 66 % senken. Dadurch können jährlich bis zu 50 Tonnen an CO2-Emissionen eingespart werden.
