idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Thema Corona

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Share on: 
04/20/2015 13:33

Elektrospeicher: sichere Kontaktierung von Batteriezellen durch Laserstrahlschweißen

Petra Nolis M.A. Marketing & Kommunikation
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

    Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT sorgt dafür, dass künftig E-Autos und PowerTools nicht der Strom ausgeht: Die Aachener Wissenschaftler brachten eine Lasertechnologie zur Serienreife, die das Schweißen von temperaturempfindlichen Rundzellen-Batterien ermöglicht.

    Mit dem Aufkommen des Themas Elektromobilität vor rund sechs Jahren beschäftigt sich das Fraunhofer ILT mit dem laserbasierten Batteriefügen, also dem Verbinden einzelner Zellen zu Packs. Aktuell arbeiten die Aachener zusammen mit anderen Fraunhofer-Instituten am Aufbau eines kompletten Batteriepacks.

    Eine wichtige Rolle spielt dabei die Fügetechnik, bei der Faserlaser mit einer Leistung bis 1,0 kW zum Einsatz kommen. Dabei nutzen die ILT-Wissenschaftler ein Verfahren, das sich bereits bei anderen Anwendungen bewährt hat. Die Rede ist vom sogenannten Oszillations-Laserschweißen, das für einen gezielten Energieeintrag bei den Batterien sorgt. Dabei wird der Vorschubbewegung eine kreisförmige oder pendelnde Oszillation des Laserstrahls überlagert, ein Prinzip, das aus dem Elektronenstrahlschweißen bekannt ist und dort zu einer Prozessstabilisierung und -verbesserung führt. Dank dieser örtlichen Modulation lässt sich der Schweißprozess sehr gut steuern. Außerdem erlaubt sie auch Rundschweißungen auf der Batterieoberseite.

    Verschweißen von 4800 Zellen

    Es entsteht beim Aufschmelzen der Metalle in einem sehr kleinen Bereich (0,1 bis 0,25 Millimeter) kurzzeitig eine hohe Temperatur, die aber nach dem Laserschweißen sehr schnell abkühlt. »Wir verschweißen beispielsweise bei Notebook-Zellen - direkt über temperaturempfindlichem Kunststoff - hauchdünne Stahlbleche mit Kupferlegierungen«, erläutert Mehlmann, Experte für das Mikrofügen metallischer Werkstoffe am Fraunhofer ILT. »Das gelingt nur, weil das Verfahren sehr schnell arbeitet und wenig Energie einbringt.« Die Rundzellen werden bevorzugt in mobilen Computern, Elektrowerkzeugen, etwa im Akkuschrauber, und unkonventionellen Elektroautos wie dem Tesla Roadster verwendet.

    Das Oszillations-Laserschweißen kommt aktuell zum Einsatz beim Fügen von 4800 Standardzellen (Durchmesser: 18 Millimeter, Höhe: 65 Millimeter) zu einem sogenannten Pack für ein Elektroauto. Weil die Zellen im geladenen Zustand geschweißt werden, steht Sicherheit an oberster Stelle: In den Zellen befinden sich nämlich Elektrolyte, deren Austreten unbedingt vermieden werden muss.

    Optimieren des Oszillations-Laserschweißens

    Aktuell befindet sich das Fraunhofer ILT in der sogenannten Validierungsphase, in der Mehlmann und sein Team den Prozess verbessern und sicher machen. Beim Optimieren des Oszillations-Laserschweißens nutzen die Experten Erfahrungen und Know-how aus mehreren Projekten für die Fraunhofer-Gesellschaft und die Industrie. Das Institut beschränkt sich auch nicht auf das Fügen der kleinen Rundzellen, sondern entwickelt das Laserschweißen anderer Batteriebauteile weiter. Für die Methode spricht auch, dass sie sich automatisieren lässt und dass daher umständliches, manuelles Schweißen entfällt. Interessant ist das Verfahren für Mittelständler, die damit eigene Lösungen für mobile und auch für stationäre Anwendungen entwickeln wollen. Hierzu gehört auch die Integration des Verfahrens in einen konventionellen Bändchenbonder. Diese Entwicklung entstand in einem öffentlich geförderten Projekt zusammen mit der F & K Delvotec Bondtechnik GmbH aus Ottobrunn, die den Prototypen zusammen mit dem Fraunhofer ILT auf der SMT Hybrid Packaging (05.-07. Mai 2015 in Nürnberg) auf Stand 7A-330 vorführt.

    Das Fraunhofer ILT präsentiert das Gemeinschaftswerk vom 27.-29. April 2015 an seinem Stand (Nr. 25) auf der Fachtagung »Kraftwerk Batterie« im Eurogress in Aachen. Im Mittelpunkt dieser Anwendung steht die elektrische Kontaktierung von Batterien und Elektronik.

    Ansprechpartner

    Dipl.-Ing. Benjamin Mehlmann
    Gruppe Mikrofügen
    Telefon +49 241 8906-613
    benjamin.mehlmann@ilt.fraunhofer.de

    Dr.-Ing. Alexander Olowinsky
    Leiter der Gruppe Mikrofügen
    Telefon +49 241 8906-491
    alexander.olowinsky@ilt.fraunhofer.de

    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
    Steinbachstraße 15
    52074 Aachen


    More information:

    http://www.ilt.fraunhofer.de


    Criteria of this press release:
    Journalists, Scientists and scholars
    Environment / ecology, Physics / astronomy
    transregional, national
    Press events, Research results
    German


    Oszillations-Laserschweißen sorgt für die sichere, elektrische Kontaktierung von Batteriezellen.


    For download

    x

    Help

    Search / advanced search of the idw archives
    Combination of search terms

    You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.

    Brackets

    You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).

    Phrases

    Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.

    Selection criteria

    You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).

    If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).