Batteriebrände sind zwar selten, aber sie sind intensiv und gefährlich und stellen Sicherheitsrisiken für Arbeitnehmer und Verbraucher dar. In der Batteriefertigung ist die Verhinderung von thermischem Durchgehen nicht nur eine Priorität, sondern eine Notwendigkeit.
Da die weltweite Nachfrage nach Elektrofahrzeugen (EVs) weiter steigt und sich die Sicherheitsvorschriften weiterentwickeln, stehen Hersteller vor der Herausforderung, eine schnelle Montage mit der für eine ordnungsgemäße Wärmeregulierung erforderliche Präzision und Sorgfalt zu verbinden. Das Verstehen und die Bewältigung dieser Herausforderungen können den Weg für sicherere und effizientere Batteriefertigungsprozesse ebnen.
Verstehen von thermischen Ereignissen
Thermisches Durchgehen in der Batteriefertigung bezieht sich auf Ereignisse, bei denen innerhalb einer Zelle überschüssige Wärme erzeugt wird, die möglicherweise zu einem Batterieausfall führen kann. Dies birgt die bedauerliche Möglichkeit, Wärme auf benachbarte Batteriezellen zu übertragen, was weitere Batterieausfälle verursachen und potenziell zu katastrophalen Ereignissen wie Bränden und Explosionen führen kann. Diese Ereignisse können erhebliche Risiken für das Leben darstellen und umfangreiche Sachschäden verursachen.
Die Hauptursachen für thermisches Durchgehen sind:
- Überhitzung: Dies tritt aufgrund hoher Umgebungstemperaturen oder übermäßiger Stromstärke auf.
- Überladung: Die Batterie wird über seine Kapazität hinaus geladen.
- Physische Schäden: Durchstiche, Quetschungen oder andere physische Schäden können die Zellintegrität beeinträchtigen.
Die Implementierung strenger Sicherheitsmaßnahmen und -protokolle während der Batterieproduktion ist entscheidend, um diese Risiken zu mindern. Dazu gehören ein präzises Materialhandling, um physische Schäden während der Montage zu vermeiden, sowie robuste Tests und die Überwachung der Batterietemperaturen.
Überlegungen zum Materialhandling
Hersteller müssen sicherstellen, dass jede Batteriezelle und jedes Modul während der Montage und der Tests sorgfältig transportiert werden. Eine der größten Herausforderungen ist die Verwaltung der empfindlichen Schnittstelle zwischen der Lasche und den internen Komponenten der Zelle. Jegliche Beschädigung der Schnittstelle kann die Funktionalität und Leistung der Zelle beeinträchtigen.
Um verschiedene Batteriezelltypen herzustellen und thermisches Durchgehen zu verhindern, sind besondere Überlegungen zur Handhabung erforderlich. Bei Pouch-Zellen umfasst dies:
- Verwendung von Vakuumhandhabung: Diese Technik hilft, die Kompression zu minimieren und Schäden an den empfindlichen Komponenten der Pouch-Zellen zu vermeiden.
- Ausrichtung beibehalten: Gewährleistung der richtigen Reihenfolge während des Stapelprozesses, um Zellschäden zu vermeiden.
- Überwachung der Schnittstelle zwischen Laschen und Zellen: Die Verbindung der Innenteile der Batterie muss genau beobachtet werden, um Schäden zu vermeiden, die zu thermischem Durchgehen führen könnten.
- Implementierung geeigneter Kompressionstechniken: Mechanische Druckmethoden helfen, die Form und Unversehrtheit von Zellen zu erhalten, ohne Schäden zu verursachen.
- Sorgfältige Handhabung während der Montage: Mögliche Schäden müssen vermieden werden, indem die Zellen während entscheidender Produktionsschritte, wie der Laschenformung, dem Stapeln und der Kompression, präzise gehandhabt werden.
Kompression und ihre Bedeutung
Angemessene Kompressionsmethoden spielen eine wesentliche Rolle dabei, dass Zellen strukturell intakt bleiben und effizient funktionieren. Während der Kompression müssen Batteriehersteller Variablen wie die aufgebrachte Kraft, die Dauer der Kompression und die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung berücksichtigen. Eine zu hohe oder ungleichmäßige Krafteinwirkung kann die Zellen beschädigen und potenzielle Sicherheitsrisiken verursachen. Durch die Kontrolle dieser Variablen können Hersteller physische Veränderungen der Zellen verhindern und deren Unversehrtheit bewahren. Diese Techniken verringern auch das Risiko von Überhitzung, Überladung und anderen Problemen, die zu gefährlichem thermischem Durchgehen führen könnten.
Kühlung und Wärmemanagement
Kühlung ist eine weitere wichtige Komponente, die ein thermisches Durchgehen verhindern kann, indem sie die bei der Verwendung von Pouch-Zellen erzeugte überschüssige Wärme ableitet. Zu diesen Methoden gehört die Verwendung von Wärmeleitmaterialien, die den Wärmeübergang zwischen der Zelle und dem Kühlsystem verbessern. Kühlplatten können ebenfalls eingesetzt werden, um eine direkte Kühlfläche für die Zellen bereitzustellen. Diese helfen, optimale Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass die Zellen sichere Temperaturschwellen nicht überschreiten.
Gleichgewicht zwischen Hochgeschwindigkeitsmontage und sorgfältigem Handling
Die Erreichung von Stabilität zwischen Produktion und sorgfältigem Handling ist erforderlich, um thermisches Durchgehen in der Batteriefertigung zu verhindern. Innovationen in der Automatisierung und Materialhandling-Technologien spielen eine Schlüsselrolle beim Erreichen dieses Gleichgewichts und stellen sicher, dass die Hochgeschwindigkeitsmontage aufrechterhalten werden kann, ohne die Präzision und Sorgfalt zu opfern, die für die Herstellung sicherer, zuverlässiger Batterien erforderlich sind.
Bei ATS Industrial Automation haben wir über 110 Produktionslinien für die Montage und das Testen von Batterien bereitgestellt und verstehen die Herausforderungen des thermischen Managements beim Skalieren von Batterieproduktionslinien. Unser Expertenteam steht bereit, um Ihre Batterieproduktion zu unterstützen. Kontaktieren Sie uns, um Ihr Projekt noch heute 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 15 Jahren Unternehmen aus zahlreichen Branchen dabei, die Produktion zu automatisieren und zu optimieren.
