Mit dem Wachstum der Batterieherstellung arbeiten Unternehmen daran, die zahlreichen Formate zu verbessern, in denen wir Elektrizität speichern müssen – sei es für das schnelle Laden von Elektrofahrzeugen (EVs), die längere Lebensdauer von Batteriespeichersystemen (BESS) oder zuverlässigere mobile Geräte. Eine der Schlüsselbauformen in diesem Lösungssatz sind prismatische Zellen. Diese robusten Kraftpakete verändern die Denkweise der Batteriehersteller hinsichtlich Energiespeicherung und -verbrauch. Aber warum werden prismatische Zellen zur bevorzugten Wahl für große Batterieanwendungen?
Merkmale und Vorteile prismatischer Zellen
Prismatische Zellen sind charakterisiert durch ihre flache, rechteckige Form und ihr starres Gehäuse. Sie bieten eine hohe Energiedichte und Leistungsabgabe. Im Gegensatz zu zylindrischen Zellen, die klein und rund sind, und Pouch-Zellen, die ein flexibles, flaches Design haben, bieten prismatische Zellen aufgrund ihres starren Gehäuses sowohl Haltbarkeit als auch Effizienz.
Prismatische Batterien sind ideal für Anwendungen mit hohem Energiebedarf, wie Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeichersysteme. Ihr größeres Format und ihre höhere Speicherkapazität machen sie besonders gut geeignet für Produkte, die viel Energie benötigen.
Herausforderungen bei der Montage prismatischer Batterien
Die Montage prismatischer Batterien bringt mehrere Herausforderungen mit sich, darunter:
- Komplexe Fertigung: Die Präzision, die für die Montage einer prismatischen Batterielektrodenschicht erforderlich ist, kann die Fertigung komplexer und kostspieliger machen als die Montage anderer Zelltypen.
- Schwellungsprobleme: Wie Pouch-Zellen können auch prismatische Zellen mit der Zeit anschwellen. Wenn Hersteller keine geeigneten Gegenmaßnahmen mit Druck ergreifen, kann das Anschwellen zur Verschlechterung der strukturellen Integrität der Batterie führen.
- Grenzen der Energiedichte: Während das starre Gehäuse von prismatischen Zellen strukturelle Integrität bietet, kann es im Vergleich zu anderen Formfaktoren zu einem stärkeren Dichteverlust führen.
Prismatische Batterien sind eine überzeugende Wahl für Anwendungen, die Effizienz und Platz optimieren müssen. Aufgrund ihrer rechteckigen Form ist es jedoch erforderlich, dass die Hersteller prismatische Zellen sorgfältig konstruieren und testen, um ihre Vorteile zu maximieren, da eine falsche Ausrichtung der Module zu Defekten und Effizienzverlust führen kann.
Montage- und Testprozess für prismatische Batterien
Der Prozess der Montage und Prüfung prismatischer Batterien erfordert mehrere präzise Schritte.
Validierung eingehender Zellen
Es ist entscheidend, die Qualität und Zuverlässigkeit von Batteriezellen sicherzustellen, bevor sie in Module oder Packs eingebaut werden. Das Überspringen oder hastige Durchlaufen des Testprozesses kann später zu Herausforderungen und Sicherheitsproblemen mit dem Produkt führen, wie beispielsweise thermisches Durchgehen. Die Validierung der eingehenden prismatischen Zellen umfasst eine Reihe gründlicher Tests, um deren elektrische und physikalische Eigenschaften zu überprüfen.
Wichtige Tests sind unter anderem:
- Leerlaufspannung (OCV)
- AC/DC-Innenwiderstand (IR)
- Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
- Selbstentladung der Zelle
- Isolationsspannung
Basierend auf diesen Tests werden die Zellen sortiert und kategorisiert, wobei sichergestellt wird, dass nur die qualitativ hochwertigsten Zellen zur Montage gelangen.
Bildung elektrischer Arrays
Der Prozess zur Bildung elektrischer Arrays für die Montage prismatischer Zellen umfasst mehrere kritische Schritte, um die Leistung des Moduls sicherzustellen und das Aufquellen, das durch den Aufbau von Wärme oder Gas verursacht werden kann, zu mindern. Zunächst werden Zellen mithilfe von Stromschienen zu einem elektrischen Array verbunden, um das Modul zu formen. Dieser Schritt hilft, die gewünschte Spannung und Stromstärke für das prismatische Modul zu erreichen. Eine Kühlplatte steuert die während des Betriebs erzeugte Wärme, und das aufgebrachte Wärmeleitmaterial (TIM) gewährleistet einen effizienten Wärmetransfer.
Endmontage und Tests
Ist die Kühlplatte an Ort und Stelle, wird die gesamte Baugruppe umfassenden Validierungstests unterzogen, um die Unversehrtheit der elektrischen Verbindungen und die Gesamtleistung der prismatischen Batterie zu prüfen. Diese Tests umfassen Wechselstrom-Innenwiderstandstests (DCIR) und Hochspannungstests (Hi-Pot), die die elektrische Leistung und Sicherheit der Zellen überprüfen.
Die Tests werden häufig in den späteren Phasen der Montage von prismatischen Modulen durchgeführt. Module werden zu einem Batteriepack zusammengefasst, indem sie in Reihe oder parallel gestapelt werden, basierend auf der vom Hersteller gewünschten Spannung, Kapazität oder Leistungsdichte. Das endgültige Pack wird dann End-of-Line-Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass die Batterie den Spezifikationen des Herstellers entspricht.
Die Zukunft prismatischer Batterien: Von Zellen zu Packs (CTP)
Bei einigen Batterieproduktionslinien können Hersteller die Modul- und Packschritte zusammenlegen, um Zeit zu sparen, Gewicht zu reduzieren und Kosten zu optimieren. Prismatische Zellen sind aufgrund ihrer rechteckigen Form und stabilen Hülle besonders vorteilhaft für Zell-zu-Pack (CTP)-Anwendungen.
Das CTP-Design ermöglicht es Herstellern, den bisher üblichen Schritt der Modulmontage auszulassen und die Zellen direkt in ein Batteriepack zu integrieren. Durch den Wegfall der Modulmontage reduziert CTP die Anzahl der Komponenten, vereinfacht die Montageschritte und verbessert die gesamte Energiedichte des Batteriepacks. Dieser Ansatz optimiert nicht nur den Platzbedarf, sondern verbessert auch das Wärmemanagement, was zur Zuverlässigkeit des Endprodukts beiträgt.
Herstellung von Produktionslinien für Montage und Tests von prismatischen Batterien
Prismatische Zellen stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie dar und bieten eine einzigartige Kombination aus hoher Energiedichte, Haltbarkeit und effizienter Raumnutzung. Ihr starres, rechteckiges Design macht sie ideal für Anwendungen mit hohen Anforderungen wie Elektrofahrzeuge (EVs) und Batteriespeichersysteme (BESS). Trotz Produktionsherausforderungen, einschließlich präziser Ausrichtung in der Modulanordnung und des Risikos der Ausdehnung, kann ein erfahrener Partner für Batteriemontage und -tests die Hersteller durch jeden Schritt des Prozesses führen.
Mit über 45 Jahren Erfahrung in der Automatisierung und mehr als 110 erfolgreich bereitgestellten Montage- und Testlinien für Batterien kann unser Expertenteam Ihnen helfen, ein umfassendes Batteriefertigungsprogramm zu entwickeln. Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihr einzigartiges Batterieprojekt zu besprechen.
Cameron Bruce
Direktor für Ingenieurwesen
ATS Industrial Automation
Cameron arbeitet mit Kunden zusammen, um durch Entwicklung und Optimierung von Automatisierungssystemen die Produktion zu erweitern und die Betriebseffizienz zu steigern. Cameron hilft seit über 18 Jahren Unternehmen aus zahlreichen Branchen dabei, die Produktion zu automatisieren und zu optimieren.
