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IAA 2015 Fraunhofer ILT: Laserstrahlverfahren für Leichtbau-Batteriepacks

| Redakteur: Jens Scheiner

Auf der 66. IAA in Frankfurt präsentiert das Fraunhofer ILT zusammen mit 16 weiteren Fraunhofer-Instituten das Verbundprojekt „Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität II“.

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Leichtbaubatteriepack aus einer Kombination von hochfestem Stahl und FVK.
Leichtbaubatteriepack aus einer Kombination von hochfestem Stahl und FVK.
(Foto: Fraunhofer ILT )

Anhand des Beispiels „Leichtbaubatteriepack“ demonstrieren sie den Besuchern, wie mit dem Einsatz von Leichtbautechniken Fahrzeugantriebsenergie bereitgestellt werden kann. Die sogenannten Traktionsbatterien sind nach eigenen Angaben sowohl für Hybridfahrzeuge als auch für den Einsatz in EV-Fahrzeugen mit höherer Reichweite geeignet. Gezeigt werden drei unterschiedliche und teilweise komplementäre Prozesstechniken. Bei der Bearbeitung von hochfestem Stahl gilt es, zu hohe thermische Beeinflussung und somit Materialschäden zu vermeiden. Deswegen eignet sich der Einsatz des Laserstrahlschneidens und -schweißens hier besonders gut. Zudem seien diese Verfahren wirtschaftlich effizienter als traditionell eingesetzte spanende Verfahren, da hier kein Materialverschleiß entsteht.

Block mit hermetisch dichten laserstrahlgeschweißten Batteriekontakten für zylindrische Zellen Typ 18650.
Block mit hermetisch dichten laserstrahlgeschweißten Batteriekontakten für zylindrische Zellen Typ 18650.
(Foto: Fraunhofer ILT )

Oszillationsschweißen zur elektrischen Verbindung von Batterie-Zellen

Für den Aufbau kompletter Batteriepacks setzen die Aachener Forscher auf Oszillationsschweißen mittels Laserstrahl. Hier werden einzelne Batteriezellen elektrisch und thermisch mit Kupferkontakten zur Stromführung miteinander verschweißt. Die Kontaktierung findet sowohl am Minuspol als auch an der Oberseite der Zelle statt. In einer Parallelschaltung von 30 Zellen wird durch die Bauweise des Moduls ein dichter Raum zwischen den Batteriezellen geschaffen und mit PCM Slurry (Phase Change Material, einer Mischung aus Paraffin und Wasser) aufgefüllt.

Verbindung von Kunststoff und Metall

Als Alternative zum herkömmlichen Kleben von Multimaterialverbünden stellt das Fraunhofer ILT ein Laserverfahren zur Verbindung von einfachen Halbzeugen, den Organoblechen mit Metallen, wie etwa hochfestem Stahl vor. Dieser Prozess kann beispielsweise im Automobilleichtbau Verwendung finden sowie in den Bereichen Mechanik und Kleinbauteile. Bei dem zweistufigen Verfahren wird zunächst über einen kontinuierlich emittierenden Faserlaser auf der Metallseite mit hoher Geschwindigkeit eine Mikrostruktur eingebracht. Die Strukturen mit Breiten von 30 µm und circa 100 µm Tiefe weisen einen Hinterschnitt auf. Im nachfolgenden Fügeschritt wird der Kunststoff an die Struktur gedrückt und bis zur schmelzflüssigen Phase des Matrixwerkstoffes erwärmt. Der Matrixwerkstoff fließt dann in die Mikrostrukturen und verkrallt sich in den Hinterschnittstrukturen.

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