Präzision neu definiert: Wie Gantry-Galvanometer-Laserschweißen die Herstellung von Batteriepacks transformiert

Projektübersicht & Hintergrund

Im sich schnell entwickelnden Bereich der Herstellung von Batterien für neue Energien, stellt die Suche nach höherer Energiedichte, absoluter Sicherheit und skalierbarer Produktion ständige Herausforderungen dar. Herkömmliche Schweißmethoden haben oft Schwierigkeiten mit den präzisen, hochintegrierten Verbindungen die für leitfähige Laschen, Stromschienen und Zellgehäuse erforderlich sind, ohne übermäßige thermische Belastung oder Verformung zu verursachen.

Diese Fallstudie untersucht die strategische Integration einer Gantry-Galvanometer-Kontinuierliches-Laserschweißmaschine in verschiedene Batteriepack- (Batterie-Package-Assembly-) Produktionslinien. Wir dokumentieren ihre Rolle als Kernprozesslösung, detaillieren die Installationsziele, die transformativen Ergebnisse und die spezifischen Anwendungen in verschiedenen Batterietypen und liefern einen zuverlässigen Fahrplan für Hersteller, die ihre Produktionskapazitäten verbessern wollen.

Kerninstallationsziele, -effekte und linienspezifische Anwendungen

Der Einsatz dieses fortschrittlichen Schweißsystems wird durch klare, ergebnisorientierte Ziele vorangetrieben, die kritische Engpässe in der modernen Batterieproduktion angehen.

1. Installationszweck & Ziele

• Berührungsloses, Hochgeschwindigkeits-Präzisionsschweißen erreichen: Das Hauptziel ist es, das kontaktbasierte Schweißen (z. B. einige Widerstandsschweißverfahren) durch einen laserbasierten Prozess zu ersetzen. Dies eliminiert Werkzeugverschleiß und mechanische Belastung der empfindlichen Komponenten und ermöglicht das konsistente Hochgeschwindigkeitsschweißen komplizierter Verbindungsgeometrien, die in Batteriepacks üblich sind.

• Unübertroffene Prozessflexibilität für komplexe Designs ermöglichen: Durch die Verwendung eines sechsachsigen ABB-Roboters in Kombination mit einem Scann-Galvanometer-Laserkopf wird das System installiert, um eine beispiellose Bewegungsfreiheit zu bieten. Dies ermöglicht es einer einzigen Station, dreidimensionale Schweißnähte an verschiedenen Produkten durchzuführen — von planaren Stromschienen bis hin zu komplexen Zellverbindungen — ohne mehrere dedizierte Vorrichtungen, wodurch die Linie zukunftssicher gegen Designänderungen ist.

• Überlegene Schweißnahtintegrität für Sicherheit und Leistung gewährleisten: Ein Kerninstallationsziel ist es, die hohe Energiedichte des Faserlasers (2 kW-6 kW) zu nutzen, um tiefe, schmale Schweißnähte zu erzeugen. Dies minimiert die Wärmebeeinflusste Zone (WEZ), reduziert die thermische Verformung und erzeugt porenfreie, dichte Nähte, die für die elektrische Leitfähigkeit und die langfristige strukturelle Zuverlässigkeit des Batteriepacks entscheidend sind.

2. Auswirkungen & Ergebnisse nach der Installation

Nach der Integration und Optimierung liefert das System transformative Ergebnisse:

• Deutlicher Produktivitätssprung: Der Hochgeschwindigkeits-Galvanometer-Scanner ermöglicht es dem Laserstrahl, sich mit Geschwindigkeiten zwischen den Schweißpunkten zu bewegen, die für herkömmliche Roboterbewegungen unmöglich sind, wodurch sich die Zykluszeit drastisch reduziert. Seine Fähigkeit, mehrere Arbeitsstationen innerhalb der Reichweite der Gantry zu bedienen, vervielfacht den Durchsatz zusätzlich.

• Konsistente, qualitativ hochwertige Schweißnähte: Bediener beobachten eine außergewöhnliche Konsistenz in Aussehen und Eindringtiefe der Schweißnähte. Das spiralförmige oder oszillierende Strahlmuster erweitert die Schweißnaht leicht für eine bessere Haftung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Tiefe, was zu starken, optisch gleichmäßigen Verbindungen führt, die elektrische und Zugkrafttests problemlos bestehen.

• Erhöhte Flexibilität der Produktionslinie: Die Kombination aus einem programmierbaren Roboter und einem flexiblen Laserwerkzeug passt sich neuen Schweißaufgaben durch Softwareänderungen und nicht durch mechanische Umrüstung an. Dies verkürzt die Umrüstzeiten für verschiedene Batteriemodelle oder Packdesigns drastisch.

3. Linienspezifische Anwendungen & professionelle Integrationsberatung

Die Vielseitigkeit der Maschine ermöglicht es ihr, in verschiedenen Packlinien eine zentrale, aber maßgeschneiderte Rolle zu spielen.

• Zylindrische Zell- (z. B. 21700, 4680) Modullinie:

  • Hauptrolle: Hochgeschwindigkeitsschweißen von Zell-zu-Stromschienen-Verbindungen und Modul-Stromschienen-Verbindungen.

  • Installationsfokus: Präzision ist von größter Bedeutung. Die Installation muss ausgezeichnete Strahlpositionierungsgenauigkeit (oft über integrierte CCD-Vision) gewährleisten, um sich an der Kappe jeder Zelle auszurichten. Schwingungsdämpfung für die Gantry ist entscheidend, um diese Genauigkeit bei hohen Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. Die Werkzeuge müssen eine sichere, wiederholbare Zellfixierung bieten.

• Prismatische Aluminiumschalen-Batteriepack-Linie:

  • Hauptrolle: Schweißnähte zum Verschließen von Batteriezellabdeckungen und Schweißen von großformatigen Stromschienen oder flexiblen Verbindungsteilen.

  • Installationsfokus: Für das Verschließen von Deckeln ist die Prozessstabilität zur Erzielung von hermetischen, fehlerfreien Nähten entscheidend. Installateure müssen eine perfekte Gasabschirmung (Argon) in den Schweißbereich gewährleisten. Für Stromschienen ist die Großformat-Schweißfähigkeit des Systems von entscheidender Bedeutung. Das Fundament des Bodens muss robust sein, um die Spannweite der Gantry ohne Durchbiegung zu tragen.

• Pouch-Zell-Modul-Montagelinie:

  • Hauptrolle: Ultraschall- oder Laserschweißen von Pouch-Zell-Laschen an Stromschienen ist üblich. Dieses Gantry-Lasersystem ist ideal für die anschließende Modul-Stromschienen-Verbindung und Schweißen von Modulrahmen oder Kühlplatten.

  • Installationsfokus: Präzise Temperaturkontrolle ist unerlässlich, um Hitzeschäden an nahegelegenen Pouch-Zellen zu vermeiden. Die Integration sollte Echtzeit-Temperaturüberwachung (z. B. Pyrometer) umfassen. Die Flexibilität des Roboters wird genutzt, um sich Schweißnähten in engen Räumen in optimalen Winkeln zu nähern.

• Batteriepack-Linie für große Nutzfahrzeuge (Bus/LKW):

  • Hauptrolle: Schweißen von Hochleistungs-Stromschienen, Strukturverbindungen, und große Batteriegehäuse Komponenten.

  • Installationsfokus: Diese Anwendung nutzt den Hochleistungslaser (bis zu 6 kW) des Systems für Tiefschweißnähte. Die Installation erfordert eine stabile, hochkapazitive Stromversorgung und einen Kühler. Der Arbeitsbereich muss so geplant werden, dass er die große Teilegröße aufnehmen kann, was möglicherweise kundenspezifische Gantry-Schienenlängen erfordert.

Hervorhebung der wichtigsten Wettbewerbsvorteile

Die Integration dieses Systems bringt deutliche, verteidigungsfähige Vorteile mit sich, die sich direkt auf das Endergebnis auswirken:

• Synergie aus Flexibilität und Präzision: Der ABB-Roboter bietet Makropositionierung über ein großes Volumen, während der Galvanometer-Scanner Mikrobewegungen liefert des Laserstrahls bei extremen Geschwindigkeiten. Dieser Dual-Methoden-Ansatz ist für Batteriepacks, die Arrays von Schweißnähten enthalten, einzigartig effizient.

• Kompromisslose Schweißqualität: Die fokussierte Laserenergie sorgt für minimale thermische Verformung, wodurch die Integrität empfindlicher Batteriezellen erhalten bleibt. Die resultierenden hochdichten, blasenfreien Schweißnähte verbessern die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit und tragen direkt zur Sicherheit und Lebensdauer des Packs bei.

• Skalierbare Produktionseffizienz: Der berührungslose Prozess und die gleichzeitige Verarbeitung an mehreren Stationen schaffen einen hocheffizienten Produktionsknoten. Diese Skalierbarkeit ist unerlässlich, um die wachsenden Anforderungen der Märkte für Elektrofahrzeuge und Energiespeicherung zu erfüllen.

Zusammenfassung der primären Anwendungen in verschiedenen BatteriePACK-Linien

Die folgende Tabelle fasst prägnant den Hauptzweck zusammen, den diese Gantry-Galvanometer-Schweißmaschine in verschiedenen Produktionskontexten erfüllt.