Volpiano (Italy)

September 27, 2024

Wie elektrische Tests Schweißfehler in Batteriesystemen aufdecken

Wichtige elektrische Tests zur Sicherstellung der Schweißqualität

Elektrische Tests – sowohl für Batterien von Elektrofahrzeugen (EV) als auch für Batteriespeichersysteme (BESS) – sind essenziell, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und optimale Leistung zu gewährleisten.

In der Welt der Batteriefertigung, in der Qualität verpflichtend ist, um Ausfälle zu verhindern und optimale Batterieleistung sicherzustellen, sind elektrische Tests ein fundamentales Bauelement in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und tragbarer Elektronik.

Während zahlreiche Verbesserungen vorgenommen wurden, um ordnungsgemäße elektrische Verbindungen zwischen den Batteriesystemen zu gewährleisten, haben Hersteller kürzlich ihre Aufmerksamkeit auf die Verbesserung der Schweißqualität gerichtet.

Im Batterieherstellungsprozess werden Schweißnähte in mehreren Stufen für Verbindungszwecke genutzt. Schweißfehler, die elektrische Schaltkreise beeinflussen, sind besonders kritisch, da sie verhindern könnten, dass ein Batteriesystem mit voller Kapazität arbeitet, die Batterieleistung reduzieren und sogar die Batteriesicherheit gefährden.

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Bedeutung hochwertiger Schweißnähte im Batterieherstellungsprozess und die Rolle elektrischer Tests bei der Identifizierung von Schweißfehlern.

Schweißfehler können dazu führen, dass elektrische Verbindungen in Batteriesystemen versagen

Batterien von Elektrofahrzeugen (EV) und Batteriespeichersysteme (BESS) bestehen aus miteinander verbundenen Batteriezellen und -modulen. Unterschiedliche Materialien, Konfigurationen und Schweißtechniken werden basierend auf dem spezifischen Design und den Anforderungen des Batteriesystems eingesetzt, was zu einer Vielfalt von Eigenschaften führt. Diese Vielfalt trägt zu erheblichen Diskrepanzen in der Integrität der Verbindungen bei. Darüber hinaus erhöht die Anforderung an die Massenproduktion, die eine beträchtliche Anzahl von Schweißnähten für elektrische Verbindungen umfasst, die Gesamtinzidenz von Schweißfehlern.

Schweißfehler können zu einem erheblichen Rückgang der Gesamtleistung der in Elektrofahrzeugen (EV) und Batteriespeichersystemen (BESS) verwendeten Batterien führen und verschiedene Komplikationen verursachen, einschließlich:

1. Erhöhter Widerstand: Eine schlecht geformte oder kontaminierte Schweißnaht kann den elektrischen Widerstand erhöhen, was zu Energieverlust und potenziell zu Überhitzung führt.
2. Schlechter Kontakt: Eine fehlerhafte Schweißnaht bietet möglicherweise keine sichere Verbindung zwischen den Batteriezellen oder -klemmen, was zu intermittierendem oder unzuverlässigem elektrischem Kontakt führt.
3. Überhitzung: Erhöhter Widerstand und schlechter Kontakt können zu Überhitzung führen, die die Batteriezellen beschädigen, zu thermischem Durchgehen führen oder sogar einen Brand verursachen kann.

Um die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen sicherzustellen, ist es essentiell, Schweißnähte zu inspizieren und elektrische Tests durchzuführen, um Schweißfehler zu identifizieren und zu beheben.

Elektrische Tests zur Sicherstellung der Schweißqualität in Batteriesystemen

Die Gewährleistung der Schweißqualität bei der Montage eines Batteriesystems konzentriert sich hauptsächlich auf elektrische Widerstandstests. Die genaue Messung des elektrischen Mikrowiderstands an den geschweißten elektrischen Verbindungsstellen ist entscheidend, um die Zuverlässigkeit des elektrischen Systems zu gewährleisten und negative Auswirkungen auf die Batterieleistung zu verhindern. Idealerweise sollten diese Verbindungen einen sehr niedrigen Widerstand aufweisen, um einen reibungslosen Stromfluss zu ermöglichen. Eine Erhöhung des Widerstands weist auf ein Problem mit der Schweißnaht hin und deutet darauf hin, dass die Batterie möglicherweise nicht optimal funktioniert.

Weitere wichtige elektrische Tests, die Batteriemanufacturer verwenden, um sicherzustellen, dass schlechte Schweißnähte früh im Produktionsprozess erkannt werden, sind:

DC/AC Interner Widerstandstest (IR-Test)

Sowohl DC- als auch AC-IR-Tests messen den Innenwiderstand der Batterie. Ein höherer Innenwiderstand weist oft auf eine schlechte Schweißqualität hin, was zu einer reduzierten Lade- und Entladeeffizienz führen kann. Das frühzeitige Erkennen eines hohen Widerstands hilft Batteriemanufacturern, Schweißfehler zu beheben, bevor sie die Batterieleistung beeinflussen.

Leerlaufspannungstest (OCV-Test)

Der OCV-Test ist eine weitere kritische Bewertung. Er stellt sicher, dass die Batterie die korrekte Spannung gemäß ihren Designspezifikationen liefert. Wenn die Schweißqualität schlecht ist, kann dies zu Schwankungen in der Spannungsausgabe führen, wodurch die Fähigkeit der Batterie, eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten, reduziert wird. Dieser Test hilft sicherzustellen, dass die Batterie innerhalb sicherer und effizienter Spannungsgrenzen arbeitet.

Die spezifische Anwendung des Batteriesystems, ob in Elektrofahrzeugen (EV) oder Batteriespeichersystemen (BESS) verwendet, zusammen mit den Produktionsvolumina, erfordert einen maßgeschneiderten Ansatz für elektrische Tests, um sowohl die Batterieleistung als auch die Sicherheit zu gewährleisten.

Herausforderungen bei der Durchführung elektrischer Tests in der Massenproduktion von Batterien

Die wachsende Nachfrage nach Elektrifizierung zwingt Hersteller dazu, mehr Batterien in kürzerer Zeit zu produzieren, was zu einem erheblichen Volumen an Schweißnähten führt, die getestet werden müssen. Die Sicherstellung der Funktionalität elektrischer Verbindungen und einer einheitlichen Schweißqualität in Umgebungen mit hoher Batterieproduktionsmenge stellt erhebliche Testherausforderungen dar, darunter:

1. Hoher Aufwand: Die Durchführung einer umfassenden Schweißnahtinspektion kann langsam und ineffizient sein.
2. Komplexität: Die Schweißprozesse beinhalten verschiedene Parameter. Bediener müssen Fachwissen im Umgang mit mehreren Parametern besitzen und die Testergebnisse korrelieren.
3. Inkonsistenz: Variationen in den Fähigkeiten, der Erfahrung und der Ermüdung der Bediener können zu Schwankungen führen.
4. Ungenauigkeit: Die Schwierigkeit, auf immer kleinere Schweißnähte zuzugreifen und extrem kleine Widerstandswerte im Bereich von Mikro-Ohm zu messen, kann herausfordernd sein.

Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert eine Kombination aus fortschrittlicher Testausrüstung und kontinuierlicher Verbesserung beim End-of-Line-Testing.

Automatische Testgeräte bewältigen die Herausforderungen der Schweißqualitätsprüfung in der Massenproduktion von Batterien

In den meisten Umgebungen mit hoher Batterieproduktionsmenge werden elektrische Tests von Schweißnähten typischerweise während der End-of-Line-Testphase durchgeführt. In dieser Phase wird der Einsatz automatischer Testgeräte bevorzugt, um Herausforderungen im Zusammenhang mit Effizienz, Komplexität, Konsistenz und Genauigkeit zu bewältigen und somit optimale Batterieleistung sicherzustellen.

Der automatische Batterietester SPEA T100BT ist entwickelt, um den strengen Anforderungen der Batteriefertigung gerecht zu werden. Mit der Fähigkeit, mehrere Testpunkte gleichzeitig zu messen, verfügt der Tester über dedizierte Module, die mehrere Widerstandsmessungen mit Kelvin-Sonden, Multiplexern und hochpräzisen Instrumenten durchführen können. Zusätzlich garantiert die Integration einer visuellen Kamera und thermischer Sensoren verbesserte Tests mit mehreren Hauptvorteilen, einschließlich:

1. Kosteneffizienz: Die modulare Testarchitektur gewährleistet eine breitere Anwendbarkeit und einfache Neukonfigurationen von Batteriesystemen.
2. Verbesserte Operationen: Durch eine integrierte Flying-Probe-Architektur kann dieser automatische Tester eine umfangreiche Palette elektrischer Tests auf einer Plattform durchführen. Er arbeitet rund um die Uhr ohne Bedarf an Bedienern, identifiziert alle potenziellen Schweißfehler und unterstützt die Entwicklung des Schweißprozesses.
3. Datenpräzision: Ein selbstladendes Testprogramm führt eine konsistente Sequenz elektrischer Tests aus und eliminiert somit jegliche Variabilitäten, die durch falsche Eingaben entstehen könnten.
4. Wiederholbarkeit: Die fortschrittliche lineare Bewegungstechnologie, kombiniert mit linearen optischen Encodern mit Sub-Mikron-Auflösung und einem kompakten Kelvin-Sondendesign, garantiert schnelle Bewegung und genaue Positionierung der Testsonden und erkennt jeden Schweißfehler.
5. Präzision der elektrischen Messung: Das von SPEA speziell für diesen Tester entwickelte µΩ-Meter-Instrument ist vollständig integriert und ermöglicht eine schnelle und genaue Erkennung von Variationen, die sogar nur wenige Mikroohm betragen, was zu deutlich kürzeren Testzeiten und höherer Präzision bei der Fehlererkennung führt.

In Anerkennung der Bedeutung der Vermeidung von Ausfällen während des Schweißens erfüllt der automatische Batterietester SPEA T100BT die Anforderungen an Durchsatz, Genauigkeit und Flexibilität, verbessert die Messpräzision und das Datenmanagement und reduziert gleichzeitig die Betriebskosten, die mit elektrischen Tests für Batteriesysteme verbunden sind.