Batterie­verbindung

Verbindungstechnologien für Batteriezellen

Illustration der Verschaltung von Batteriezellen durch Widerstandsschweißen.
© Fraunhofer ISE
Illustration der Verschaltung von Batteriezellen durch Widerstandsschweißen.

Batteriespeicher für die zuverlässige und effiziente Zwischenspeicherung von Solar- und Windstrom sowie für die Elektromobilität sind aus einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt. Die Verbindung einzelner Batteriezellen zu Batteriemodulen bzw. Batteriepacks entscheidet maßgeblich über die Zuverlässigkeit eines Batteriespeichers. Am Fraunhofer ISE untersuchen wir geeignete Prozesse, wie Widerstandsschweißen und Laserbonden, um Batteriezellen elektrisch über Batteriezellverbinder zu kontaktieren.

Aufgrund unserer Erfahrungen in der Verbindungstechnologie von Solarzellen charakterisieren wir die Fügestellen im Hinblick auf elektrische und mechanische Eigenschaften sowie die Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. Unterstützt wird die praktische Prozessentwicklung durch die Modellierung der Verbindungsprozesse mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Dimensionierung der Zellverbinder. Dies beinhaltet auch die Simulation der Wärmeerzeugung im Betrieb und den Einfluss der Übergangswiderstände auf das Zellverhalten im Verbund sowie die Alterungsprozesse.

Technische Anforderungen an die Verbindungstechnik in der elektrischen Batterieverschaltung:

  • Fügestellen mit möglichst identischen Kontakten
  • kleinstmögliche elektrische Kontaktwiderstände
  • möglichst geringe Wärmeeinwirkung während des Fügeprozesses
  • Flexibler Verbindungsprozess für eine Vielzahl von Oberflächenbedingungen und Materialien
  • Langzeitstabilität auch unter extremen Betriebsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Vibrationen, etc.)

Unsere FuE-Leistungen in diesem Arbeitsgebiet umfassen:

  • Prozessentwicklung
  • Widerstandsschweißen
  • LaserBonden
  • Qualifizierung der Fügestelle
  • Analyse von Materialien und Technologien im Hinblick auf Qualitätssicherung, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit, LCA
  • Metallografie, Zuverlässigkeitsprüfungen
  • elektrische und mechanische Bildgebungsverfahren
  • Charakterisierungsverfahren
  • Modellierungen des Prozesses
  • Dimensionierung der Batteriezellverbinder
  • Simulation des Herstellungsprozesses und des Betriebszustandes
  • Elektrische sowie thermomechanische Simulation
  • Alterungssimulationen sowie Untersuchungen im System

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Report zur Batterieverschaltung: Materialien – Technologien – Marktsituation