Mehr Sicherheit und Leistung für Batterien

Die Autobatterie separat auf dem weißen Hintergrund

Batterien sind der Schlüssel zu Reichweite, Leistung und Langlebigkeit von Elektrofahrzeugen. Diese Faktoren sind für die Besitzer und Hersteller neben Sicherheit, Effizienz und Kosten für den Erfolg entscheidend. Zuverlässige und langlebige Batterien erfordern erstklassige Materialien und präzise Produktionstechniken. Auch bei der Endmontage müssen die Zellen, Module und Batteriewannen sehr enge Toleranzen einhalten.

Batteriematerialien im Fokus

Von allen Elementen eines Elektrofahrzeugs hat das Batteriesystem den größten Einfluss auf das Fahrerlebnis. Die Batterieleistung wird stark von den Rohstoffen beeinflusst, wobei die Material- und Strukturentwicklung eine Schlüsselrolle spielt. Zu den wichtigsten Herausforderungen in diesem Zusammenhang gehören die Entwicklung neuer Materialien, die Sicherstellung einer gleichmäßigen und konsistenten Versorgung, die Aufrechterhaltung eines angemessenen Kalandrierdrucks und die Beobachtung mikroskopischer Veränderungen durch Alterung der Batterien.

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Insbesondere die Auswahl der Kathoden-, Anoden- und Separatormaterialien spielt eine entscheidende Rolle, da sie maßgeblich die Kapazität, das Ladeverhalten und die Lebensdauer der Batterie beeinflussen. Darüber hinaus hängt die Zellleistung stark von der Mikrostruktur des verwendeten Materials, der chemischen Zusammensetzung der Partikel sowie von möglichen Verunreinigungen ab. Durch den Einsatz des Röntgenmikroskops ZEISS VersaXRM 730 können relevante Materialeigenschaften, die für das Verständnis der Energiedichte der Zellen entscheidend sind, präzise bestimmt werden, was zu einer signifikanten Verbesserung der Batterieleistung führt. Zudem ermöglicht das patentierte korrelative Licht- und Rasterelektronenmikroskop ZEISS EVO eine effiziente Korrelationsanalyse, die entscheidend für die Optimierung der Materialrezepturen ist.

ZEISS VersaXRM™ 730 connected to computer on the white background

Hochauflösende und zerstörungsfreie 3D-Röntgenmikroskopie

Mit dem exklusiven 40×-Prime-Objektiv ermöglicht das ZEISS VersaXRM™ 730 Bildgebung im Sub-Mikrometerbereich mit einer Auflösung von 450–500 nm und einer Spannung von 30–160 kV. Das ZEN navx™-System für automatisierte Benutzerführung und Steuerung sowie das KI-gestützte DeepRecon Pro optimieren Arbeitsabläufe, verbessern die Bildqualität und beschleunigen den Durchsatz. Dank moderner Aufnahmetechniken wie der High Aspect Ratio Tomography (HART) wird die Scangeschwindigkeit und -genauigkeit bei großen, flachen oder unregelmäßigen Proben verbessert.

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Burr inspection and technical cleanliness process

Technische Sauberkeit und Gratinspektion

Die Geometrie und die Zusammensetzung der Elektroden in den Batteriezellen spielen eine wichtige Rolle für die Sicherheit und Effizienz. Um Sicherheitsrisiken vorzubeugen und strenge Qualitätsstandards einzuhalten, muss die beim Schneiden von Elektroden verwendete Klinge rechtzeitig überprüft und ausgetauscht werden. Da ein hohes Risiko von Partikelverunreinigungen besteht, die die Lebensdauer und Qualität von Batterien beeinträchtigen können, ist es unerlässlich, diese zu erkennen und die Ursache durch technische Sauberkeit mit der ZEISS Correlative Particle Analysis zu identifizieren.

Eine Person prüft die Produktion und Montage der Batteriezellen

Herstellung und Montage von Batteriezellen

Die Endkontrolle der kompletten Batteriezelle ist ein besonders anspruchsvoller Schritt im Qualitätsprozess. Denn die Module bestehen aus zahlreichen Zellen, von denen jeweils spezifische Sicherheitsrisiken ausgehen können. Die drei verschiedenen Zelltypen – zylinderförmig, prismatisch und pouch – erfordern schnelle und hochauflösende Test-Zyklen. Alle drei Typen bringen unterschiedliche Herausforderungen in Bezug auf die Produzierbarkeit, Leistung, Haltbarkeit und Sicherheit sowie Qualitätsprüfung und Fehleranalyse mit sich.

Bei der Batterieprüfung ist die Identifizierung von Metallpartikeln, Delaminationen, Wicklungen und Elektrodenbrandspuren entscheidend. Für diese Anwendung eignet sich speziell das Röntgensystem ZEISS METROTOM 800 320 kV, das eine präzise Defektanalysebei der Modulmontage bietet. Beim Zusammenbau von Batteriezellen muss unbedingt auf Metallverunreinigungen geachtet werden, die bei der Produktion der Batteriezellen entstehen können, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Um Sicherheitsrisiken und Ausschuss so gering wie möglich zu halten, ist es wichtig, die Ausrichtung und Lage der Zellelektroden zu überprüfen und interne Defekte zu erkennen. Schnelle, hochauflösende Inspektionszyklen sind erforderlich, um den hohen Geschwindigkeiten bei der Zellproduktion gerecht zu werden.

Größe und Dichte der Batterien erfordern bei der abschließenden Qualitätsprüfung den Einsatz von Hochleistungssystemen. Im Rahmen dieser Inspektion werden Kontaminationen und Überstandsmaße überprüft. ZEISS Automated Defect Detection (ZADD) und der leistungsstarke ZEISS VoluMax 9 titan sind perfekt für diese abschließende Qualitätsprüfung geeignet.

Inspektion der Batteriewanne

In der Batteriewanne befinden sich alle Anschlüsse, Steuereinheiten, Batteriezellen und die Batteriepacks, die zahlreiche Batteriemodule enthalten. Da die Batteriewanne vollständig in die Fahrzeugkarosserie integriert ist, müssen Struktur und Unversehrtheit während der Produktion in mehreren Intervallen überprüft werden, um Qualität und Sicherheit zu gewährleisten. Die Kontrolle des Fräs- und Bohrprozesses bei der Herstellung der Batteriewannen ist entscheidend für die Qualität und Sicherheit des Endprodukts. Zu den größten Herausforderungen zählt die thermische Ausdehnung des Batteriepacks beim Laden und Fahren, die unerwünschte Torsionen und eine Biegung der Batteriewanne verursachen kann. Alle kritischen Funktionsmerkmale müssen stichprobenartig oder im Rahmen einer vollständigen automatischen Endkontrolle gemessen werden.

Die Bewertung der Batteriewannenoberfläche wirkt sich direkt auf die Maßhaltigkeit der gesamten Fahrzeugkarosserie aus. Flexible Kabel und Steckverbinder müssen korrekt positioniert werden, um eine einwandfreie Montage der Batteriewanne und der Abdeckung zu gewährleisten. Für einen sicheren Betrieb müssen die Batteriemodule korrekt in die Batteriewanne eingesetzt werden. Mit dem Horizontalarm-KMG ZEISS CALENO können Multisensormessungen vieler Merkmale in schnellen Prüfzyklen durchgeführt werden. Berührungslose optische Laserscanner erfassen schnell Merkmalsdaten, während taktile Messtaster optisch unzugängliche Merkmale wie Unterschneidungen erfassen. ZEISS ScanBox ermöglicht eine schnelle, automatisierte 3D-Komplettinspektion der Batteriewanne und erstellt innerhalb weniger Minuten einen vollständigen digitalen Zwilling. Die Software ZEISS INSPECT ermöglicht einen zeitsparenden digitalen Zusammenbau, inklusive aller Anschlusskomponenten und deren Ausrichtung.

Elektrischer Antrieb

Interessieren Sie sich für Technologien für Elektrofahrzeuge? Erfahren Sie mehr über die effiziente Qualitätssicherung von E-Motorenteilen bei der deutschen Firma GROB. Ihr Engagement für strenge Qualitätsstandards hat ihnen eine marktführende Rolle eingebracht, da ihnen über zwei Drittel aller Hersteller von Elektrofahrzeugen vertrauen.

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