Einblicke in den Montageprozess von Lithium-Batteriepacks: Präzision, Leistung und Kraft

Hinter jedem leistungsstarken, kompakten und zuverlässigen Akkupack steht ein hochgradig kontrollierter und präziser Herstellungsprozess. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick darüber, wie Lithium-Batteriepacks zusammengebaut werden, wobei jeder Schritt von der Zellenauswahl bis zur abschließenden Prüfung und Verpackung beleuchtet wird.

Auswahl der Batteriezellen

Der Zusammenbau des Akkupacks beginnt mit der Auswahl der Lithiumzellen. Die drei am häufigsten verwendeten Typen von Lithium-Ionen-Zellen sind:

Zylindrische Zellen (z. B. 18650, 21700)

Prismatische Zellen

Pouch-Zellen

Jeder Zellentyp bietet unterschiedliche Vorteile in Bezug auf Energiedichte, Wärmemanagement und strukturelle Integration. Die Auswahl der Zelle hängt von der Anwendung ab - so können z. B. Hochleistungs-EVs 21700 zylindrische Zellen verwenden, während Geräte mit begrenztem Platzangebot prismatische oder Pouch-Zellen bevorzugen.

Wichtige Überlegungen:

Spannungs- und Leistungswerte

Innerer Widerstand

Konsistenz der Leistung (abgestimmte Zellen)

Zuverlässigkeits- und Sicherheitszertifikate des Herstellers

Vor der Montage werden die Zellen einer Qualitätsprüfung unterzogen, um eine einheitliche Leistung zu gewährleisten. Ungleichheiten bei Spannung, Innenwiderstand oder Kapazität können zu Ineffizienz und Sicherheitsrisiken führen.

Zellsortierung und Sortierung

Sobald die Zellen ausgewählt sind, werden sie sortiert oder klassifiziert. Dieser Schritt stellt sicher, dass nur Zellen mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften in einem Akkupack gruppiert werden, um die Leistung und Sicherheit zu optimieren.

Sortierkriterien:

Spannungsbereich

Innerer Widerstand

Kapazität (mAh oder Ah)

Herstellungsdatum und Charge

Dieser Prozess wird häufig von automatisierten Geräten durchgeführt, die fortschrittliche Algorithmen und Roboterarme verwenden, um große Mengen von Zellen präzise zu handhaben.

Design und Konfiguration des Akkupacks

Das Design ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Akkupaket die Anforderungen der Anwendung in Bezug auf Leistung, Spannung, Stromstärke, Größe, Gewicht und Wärmemanagement erfüllt.

Gemeinsame Konfigurationen:

Reihenschaltung (S): Erhöht die Spannung

Parallelschaltung (P): Erhöht die Stromstärke/Kapazität

Eine 13S4P-Konfiguration bedeutet zum Beispiel 13 Zellen in Reihe und 4 parallel. Ingenieure verwenden Simulationssoftware, um das effizienteste und sicherste Design zu ermitteln.

Mechanische Struktur:

Zellenhalter und Klammern

Isolierschichten

Schlagfestes Gehäuse

Wärmemanagement-Kanäle

Punktschweißen von Zellen und Zusammenschaltung

Sobald das Layout bestätigt ist, werden die Zellen in ihrer Position fixiert und mit Nickelbändern oder Kupferleitern elektrisch verbunden.

Punktschweißverfahren:

Nickelstreifen werden über die Zellenpole gelegt

Ein Hochstromimpuls erzeugt lokale Hitze und verschweißt den Streifen mit der Zelle.

Die Schweißnaht muss fest, leitfähig und sauber sein.

Auch das Laserschweißen erfreut sich aufgrund seiner Präzision und der geringeren thermischen Belastung zunehmender Beliebtheit.

Integration des Batteriemanagementsystems (BMS)

Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine wichtige Komponente, die den Betrieb des Batteriesatzes überwacht und steuert.

Funktionen von BMS:

Überwachung von Spannung, Temperatur und Strom

Ausgleich der Ladung zwischen den Zellen

Schutz vor Überladung, Überentladung, Überstrom und Kurzschlüssen

Kommunikation mit externen Systemen (CAN Bus oder UART)

Kabelbäume verbinden das BMS mit jeder Reihe von Zellen, um eine genaue Überwachung zu gewährleisten. Die BMS-Platine wird in der Regel an der Oberseite oder an der Seite des Akkupacks angebracht.

Isolierung und Wärmemanagement

Sicherheit ist bei der Entwicklung von Akkupacks von größter Bedeutung. Geeignete Isoliermaterialien und Wärmeableitungssysteme sind unerlässlich, um thermisches Durchgehen und Kurzschlüsse zu verhindern.

Isoliertechniken:

Kapton oder Fischpapier zwischen den Zellen

Schrumpfschläuche um die Packung

Schaumstoffpolsterung zur Stoßdämpfung

Thermische Lösungen:

Luftkühlungskanäle

Kühlkörper oder Aluminiumplatten

Phasenwechselmaterialien oder Flüssigkeitskühlung (für Hochleistungsanwendungen)

Gehäuse und mechanische Montage

Die zusammengebauten Zellen, die Verkabelung und das BMS sind in einem Schutzgehäuse eingeschlossen, um den Akku vor physischen Schäden, Feuchtigkeit und Staub zu schützen.

Falltypen:

Kunststoffspritzguss-Gehäuse

Gehäuse aus Aluminiumlegierung

Kundenspezifische 3D-gedruckte Halterungen (für die Kleinserienproduktion)

Das Gehäuse wird abgedichtet, häufig durch Ultraschallschweißen oder industrielle Klebstoffe, und enthält manchmal Entlüftungs- oder Druckablassventile zur Sicherheit.

Prüfung und Qualitätskontrolle

Jedes Lithium-Batteriepaket wird vor dem Versand strengen Tests unterzogen.

Elektrische Tests:

Überprüfung von Spannung und Kapazität

Lade-/Entladezyklustests

Last- und Impedanzprüfungen

Sicherheitstests:

Kurzschlussschutz

Reaktion auf Über- und Unterspannungen

Temperaturanstieg unter Last

Visuelle Inspektion:

Integrität der Schweißpunkte

Ausrichtung des Steckers

Mängel des Gehäuses

Viele Hersteller verwenden automatisierte Prüfstationen, um Konsistenz und Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Kennzeichnung und Konformität

Um den internationalen Sicherheits- und Transportvorschriften zu entsprechen, müssen die Akkus entsprechend gekennzeichnet werden. Dies beinhaltet:

Nennspannung und -leistung

Name des Herstellers und Kontaktinformationen

Konformitätszeichen (z. B. CE, UL, UN38.3)

QR-Codes oder Barcodes für die Rückverfolgbarkeit

Die Prüfung nach UN38.3 ist besonders wichtig für Batterien, die für den Lufttransport bestimmt sind.

Verpackung und Logistik

Der letzte Schritt ist die Verpackung der Batterie für den Versand. Antistatische Beutel, Schaumstoffeinlagen und stabile Kartons werden verwendet, um physische oder elektrostatische Schäden zu vermeiden.

Einige Sendungen erfordern:

Anmeldung gefährlicher Güter

Besondere Kennzeichnung (z. B. "Lithium-Batterie im Inneren")

Zolldokumente für die Zollabfertigung

Trends und Innovationen bei der Montage von Batteriepacks

Die Batterieindustrie entwickelt sich rasant weiter. Automatisierung, KI und Nachhaltigkeit treiben die nächste Generation der Batterieproduktion voran.

Die Montage von Lithium-Batteriepacks ist ein hochtechnischer und qualitätssensibler Prozess. Von der Auswahl und Konfiguration der Zellen bis hin zur BMS-Integration und Sicherheitsprüfung spielt jeder Schritt eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass das Endprodukt sicher, langlebig und leistungsstark ist.