Batteriezellen perfekt verschweißen

Batterien für Elektroautos sind zentner­schwer und bestehen aus vielen Zellen, die über dünne Blech­streifen mit­ein­ander ver­schweißt werden, um die gewünschte Ver­schaltung herzu­stellen. Das An­schweißen der Blech­ver­bindungen geschieht blitz­schnell hoch­auto­ma­ti­siert, pro Minute werden hunderte Schweiß­punkte gesetzt. Weil die Höhe der Batterie­zellen Ferti­gungs­tole­ranzen unter­liegt und der Schweiß­laser ein enges Prozess­fenster hat, ist es not­wendig, den Fokus­punkt des Lasers für jeden Schweiß­punkt zu jus­tieren.

Das Unternehmen Manz mit Sitz im baden-württem­bergischen Reut­lingen hat hier­für eine Laser­schweiß­anlage ent­wickelt, die mittels 3D-Laser­tri­angu­lation Lage und Höhe der Zellen in einem Batterie­modul in allen drei Raum­dimen­sionen exakt bestimmt. Der Sensor wirft feine Linien aus blauem Licht auf die Ober­seite der Zellen, wo die Punkte zum An­schweißen der Ver­bindungs­bleche liegen. Eine im Winkel ange­ordnete Kamera misst das reflek­tierte Licht. Höhen­unter­schiede zwischen den Batterie­zellen erscheinen im Bild als Stufen in den Linien des reflek­tierten Lichts. Eine von Manz entwickelte Soft­ware erzeugt aus allen Linien, die beim Über­fahren des Batterie­packs aufge­zeichnet werden, ein höhen­codiertes Bild. Markante Punkte sind darin farbig hervor­gehoben. Die Präzision beträgt an allen Punkten weniger als zwanzig Mikro­meter.

Die Kombination aus 3D-Laser­triangu­lations­messung und Schweiß­laser schafft der­zeit mehr als fünf­hundert Schweißungen pro Minute. Dieses Tempo lässt sich noch steigern, wenn zwei oder mehr Sensoren parallel arbeiten. Manz besitzt lang­jährige Erfahrung mit der 3D-Laser­triangu­lation. Das Unter­nehmen hat die Methode bereits früher genutzt, um die Eben­heit von Solar­zellen zu bestimmen. Für einen Note­book-Her­steller hat Manz außer­dem mehrere Anlagen gebaut, um die Tiefe der Tasche zu bestimmen, in die das Touch­pad naht­los einge­setzt wird.

Manz / RK