Batterieschweißtechnologien – Welche Schweißtechnik eignet sich am besten für Ihre Aufgabe?

Aus unserer 40-jährigen Erfahrung in der Herstellung kundenspezifischer Batterien wissen wir, dass die Auswahl der richtigen Schweißtechnik für die jeweilige Aufgabe entscheidend für den Erfolg des Produkts ist. Wir hoffen, dass Sie am Ende dieses Artikels verstehen, warum wir für jede unserer Batterien eine bestimmte Batterieschweißtechnik verwenden.

Widerstandsschweißen

Alexander Battery Technologies nutzt das Widerstandsschweißen seit fast 40 Jahren in verschiedenen Formen, seitdem die Technologie zum Mainstream wurde. Während wir verschiedene Geräte verwendet haben, von AC/DC-Netzteilen bis hin zu Kondensatorentladungsgeräten, hat unsere neueste lineare Ausrüstung unsere Prozesskontrolle beim Batterieschweißen erheblich verbessert; Hochleistungs-Gleichstrom-Wechselrichter-Netzteile mit fortschrittlichen elektrischen Regelungsmodi und integrierter Datenbank-Prozesssteuerung und Datenprotokollierung helfen uns, die besten Einstellungen für die Anwendung zu ermitteln.

Widerstandsschweißen gilt als die kostengünstigste Methode zum Verbinden von Laschen bei einer Vielzahl von Zelltypen und -größen. Es ist eine kostengünstige Wahl zum Schweißen von Nickellaschenmaterial bis zu einer Dicke von 0.3 mm und von mit Nickel oder Kupfer beschichtetem Stahllaschenmaterial bis etwa 0.2 mm und eignet sich für eine Vielzahl von Anforderungen.

Widerstandsschweißen wird normalerweise für Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Strom verwendet, die aus zylindrischen oder kleinen prismatischen Zellen bestehen, typischerweise bis zu 20–30 A Stromraten, abhängig von der Anwendung, wie z. B. kleine Handgeräte, kleine Module usw.

Widerstandsschweißen kann leicht automatisiert werden für extreme Großserienfertigung wird aber häufiger in einer halbautomatischen Umgebung verwendet.

Mikro-WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen)

Mikro-WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen), auch Impulslichtbogenschweißen genannt, ist unsere bevorzugte Methode für anspruchsvolle Schweißanwendungen mit Nichteisen- und unterschiedlichen Materialien. Die meisten zylindrischen Zellgehäuse werden aus vernickeltem kaltgewalztem Stahl hergestellt, der chemisch mit Kupfer kompatibel ist, was M-Tig für uns zur perfekten Wahl macht.

Beim M-WIG-Schweißen wird eine Hochfrequenzstromversorgung verwendet, die eine geringe Stromregelung und Lichtbogenstabilität bietet. Dies ermöglicht ein sehr feines Schweißen und ist nützlich für die Verbindung von Kupfer und Zellen. Dies macht es zu einer guten Lösung für das Schweißen von Sammelschienen, die nicht durch Widerstandsschweißen bewältigt werden können oder normalerweise ein Laserschweißgerät mit hoher Leistung erfordern würden. Verschiedene Schweißnähte sind bis zu einer Dicke von 0.5 mm und mehr aus reinem Kupfer möglich.

Mikro-WIG wird normalerweise verwendet, wenn wir Verbindungsplatten aus Kupfer mit niedriger Impedanz für Anwendungen mit mittlerem bis hohem Strom schweißen müssen, die wiederum aus kleinen bis großen zylindrischen Zellen (30–200 A) bestehen und bei denen ein niedriger Widerstand für das Wärmemanagement erforderlich ist.

Derzeit betreiben wir die Maschinen halbautomatisch mit pneumatischer Betätigung, wir gehen jedoch davon aus, dies in Zukunft zu automatisieren. Glücklicherweise kann dies leicht automatisiert werden, indem entweder ein kartesisches X/Y-System oder sechsachsige Roboter hinzugefügt werden, um bei größeren Modulen einen wiederholbareren Prozess zu erzielen.

Laserschweißen

Obwohl es die Technologie schon seit den 80er Jahren gibt, ist das Laserschweißen für Batterien noch relativ neu. Die Akzeptanz nimmt insbesondere im Bereich der Elektrofahrzeuge zu.

Zwei Lasertypen sind eine gute Wahl für Batterieanwendungen: gepulster Nd:YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat, Nd:Y3Al5O12) und Faser in drei Varianten (kontinuierliche Welle (CW), Quasi-kontinuierliche Welle (QCW) und Nanosekunden (NS) Bietet wiederholbares Hochgeschwindigkeitsschweißen und umfangreiche SPC- und Datenerfassungsmöglichkeiten.

Der Nd:YAG-Laser wird heute im Allgemeinen in der einen oder anderen Geschmacksrichtung am häufigsten verwendet. Er eignet sich immer noch für präzises Punktschweißen oder Versiegeln von Zellgehäusen mit minimaler Hitze. CW- oder modulierte Wellenlängenfasern sind jedoch die beste Wahl für die Feinfokussierung in Batterien Bei der Packungsherstellung kann das Laserschweißen zum Verbinden von Stromschienen mit Zellen und von Laschen mit Sammelschienen verwendet werden. Das Laserschweißen bietet ein hohes Maß an Flexibilität und schweißt sowohl dünne als auch dicke Laschenmaterialien sowie verschiedene Materialien wie Kupfer, Aluminium, Stahl und Nickel sowie einige unterschiedliche Materialkombinationen. Schweißlaschen oder Klemmverbindungen.

Es wird empfohlen, den Laser als Verbindungstechnologie für alle Anwendungen zu verwenden, bei denen der Strombedarf über 200 A über längere Zeiträume hinweg liegt, wie z. B. bei großen prismatischen Paketen, Energiespeichersystemen, leichten Elektrofahrzeugen und Elektrisches Fahrzeug, auch wenn Geräusche, Vibrationen und Rauheit (NVH) eine Rolle spielen.

Ultraschallschweißen

Bei dieser Methode werden hochfrequente Ultraschallschwingungen, normalerweise etwa 20 kHz, verwendet, um Materialien zu verbinden, indem beim Einspannen feste Verbindungen entstehen. Die Frequenzschwingungen, wie sie zum Verbinden oder Schmelzen von Kunststoffen verwendet werden, erzeugen Scherungen und plastische Verformungen zwischen den Metalloberflächen. In Kombination mit einer hohen Klemmkraft entsteht eine Verbindung auf atomarer Ebene.

Die Herausforderung besteht in manchen Fällen darin, dass die Klemmung von beiden Seiten der Verbindung aus erfolgen muss, mit einer Sonotrode – die die Ultraschallschwingungen erzeugt – auf der einen Seite und einem Amboss auf der anderen Seite. Dies funktioniert, indem die Ultraschallenergie in einem oder mehreren stark fokussierten Bereichen durch die Verbindung geleitet wird. Das Ultraschallschweißen kann für mehrere dünne Folien, unterschiedliche Materialien oder hochleitfähige Materialien wie Aluminium oder Kupfer eingesetzt werden.

Ultraschallschweißen wird hauptsächlich für flexible Stromschienen und das Verbinden von Pouch-Zellen verwendet, da die Laschen im Allgemeinen aus unterschiedlichen Metallen bestehen und mit anderen Methoden nur schwer zu schweißen sind.

Drahtbonden / Ultraschall-Wedge-Bonden

Wie der Name schon sagt, handelt es sich hierbei um eine andere Form des Ultraschallschweißens, bei dem die Zelle zum Amboss wird und eine dünne Keilsonotrode für die Verbindung sorgt. Normalerweise wird bei zylindrischen Zellen mit Drähten unterschiedlicher Stärke gearbeitet, in manchen Fällen wird ein dünnes Nickel- oder Kupferband verwendet und in einigen Fällen auch ein dünnes Nickel- oder Kupferband Prismenpakete können für die Spannungsmessung direkt an der Leiterplattenverbindung verwendet werden.

Dieses System ist beliebt bei Elektrofahrzeugen und Luft-und Raumfahrt Umgebungen, allerdings muss die Zellverpackung für diese Anwendung robust sein und Lärm, Vibrationen und Rauheit berücksichtigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl der geeigneten Schweißtechnik für den Erfolg unserer maßgeschneiderten Batteriepacks von entscheidender Bedeutung ist. Unsere Erfahrung der letzten 40 Jahre hat es uns ermöglicht, den Einsatz verschiedener Schweißmethoden zu verfeinern und zu perfektionieren, um den spezifischen Anforderungen jeder Anwendung gerecht zu werden. Vom kostengünstigen Widerstandsschweißen für Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Strömen bis hin zum präzisen Laserschweißen für Hochstromanforderungen sorgen wir für optimale Leistung und Zuverlässigkeit. Das Mikro-WIG-Schweißen eignet sich hervorragend für anspruchsvolle Nichteisen- und unterschiedliche Materialanwendungen, während das Ultraschallschweißen ideal für flexible Stromschienen und die Verbindung unterschiedlicher Metalle ist. Drahtbonden und Ultraschall-Wedge-Bonden erfüllen spezielle Anforderungen in Elektrofahrzeug- und Luft- und Raumfahrtumgebungen. Durch den Einsatz dieser vielfältigen Schweißtechnologien liefern wir erstklassige, maßgeschneiderte Batterielösungen, die auf die Bedürfnisse unserer Kunden zugeschnitten sind. Für detailliertere Einblicke oder Anfragen zu unseren Schweißtechniken, Sprechen Sie mit unseren Batterieexperten.