Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektrospeicher: sichere Kontaktierung von Batteriezellen durch Laserstrahlschweißen

20.04.2015

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.


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

Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen.

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

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Staubarmes Recycling wertvoller Rohstoffe aus Elektronikschrott
16.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Mikrostrukturen mit dem Laser ätzen
25.10.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heimcomputer entdecken rekordverdächtiges Pulsar-Neutronenstern-System

08.12.2016 | Physik Astronomie

Siliziumsolarzelle des ISFH erzielt 25% Wirkungsgrad mit passivierenden POLO Kontakten

08.12.2016 | Energie und Elektrotechnik

Oberleitungs-LKW: Option für einen umweltverträglichen Güterverkehr?

08.12.2016 | Verkehr Logistik