Elektromobilität – Energiesparen mit Lasertechnik
Die Leistungselektronik in einem Elektrofahrzeug stellt die Schnittstelle zwischen dem Energiespeicher Batterie und den Motoren dar. Sie ermöglicht die erforderliche Umformung hoher Spannungen und Ströme in elektrischen Spannungswandlern. Hierfür werden Module aus Halbleitern und Direct Copper Bonded (DCB) beziehungsweise Direct Aluminium Bonded (DAB) Substraten aufgebaut.
Die Lastanschlüsse aus Kupfer oder Aluminium zur Kontaktierung dieser Module an die externen Stromkreise werden meist direkt auf die wenigen hundert Mikrometer dicken Metallschichten der Substrate mittels Ultraschallschweißen gefügt. Dabei besteht die Gefahr von Muschelbrüchen und Rissen in der Keramik unterhalb der Metallisierung. Um dies zu vermeiden, suchen Hersteller nach geeigneten Fügeverfahren. Auch für Fertigung von Batteriesystemen sind zuverlässige und vor allem serientaugliche Fügeverfahren zur elektrischen Kontaktierung von Batteriezellen gefragt.
Das Fraunhofer ILT hat hierfür neue Verfahren zum Fügen von massiven Kupfer- bzw. Aluminium-Lastanschlüssen von Leistungselektronik-Komponenten und Batteriefahnen aus Aluminium- und Kupferableitern mittels Laserstrahlmikroschweißen entwickelt. Durch den Einsatz der Technik zur örtlichen Leistungsmodulation beim Mikroschweißen kann der stromtragende Anbindungsquerschnitt zwischen Lastanschluss und Metallisierung beziehungsweise zwischen den Ableitern variabel eingestellt werden. Die Lastanschlüsse können schnell und prozesssicher im Überlapp oder bei größeren Blechdicken bis zu 0,8 mm mit einer Kehlnaht ohne Beschädigung der Keramik gefügt werden. Das Verfahren bietet für die Batteriepackherstellung eine prozesssichere Lösung ohne den Einsatz von Zusatzmaterial für eine großserientaugliche Fertigung bei geringen Produktionskosten.
Auf der LASER World of Photonics vom 23. bis 26. Mai 2011 sind auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 330 in Halle C2 unter anderem DAB-Substrate mit lasergeschweißten Lastanschlüssen zu sehen. Zudem führen Experten das Schweißen von Batterieableitern vor.
Ansprechpartner im Fraunhofer ILT
Dipl.-Ing. Benjamin Mehlmann
Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-613
benjamin.mehlmann@ilt.fraunhofer.de
Dr. Arnold Gillner
Abtragen und Fügen
Telefon +49 241 8906-148
arnold.gillner@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
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